Радиоуправляемый четырехколесный вездеход: 11 шагов (с фотографиями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Это «Монолит на колесах» (спасибо Стэнли Кубрику: D)

С тех пор, как я начал заниматься электроникой, я мечтал построить дистанционно управляемый наземный вездеход, потому что беспроводные технологии всегда увлекали меня. У меня не было достаточно времени и денег, чтобы построить его, пока я не поступил в колледж. Итак, я построил четырехколесный вездеход для своего последнего проекта года. В этой инструкции я объясню, как я использовал корпус старого усилителя, чтобы построить марсоход с нуля и как сделать радиоконтроллер.

Это четырехколесный вездеход с четырьмя отдельными приводными двигателями. Схема драйвера двигателя основана на L298N, а управление RF основано на паре HT12E и HT12D от Holtek Semiconductor. Он не использует Arduino или какие-либо другие микроконтроллеры. Версия, которую я сделал, использует дешевую пару передатчика и приемника ASK диапазона 433 МГц для беспроводной работы. Ровер управляется четырьмя кнопками, используется дифференциальный привод. Контроллер имеет дальность действия около 100 м на открытом пространстве. Начнем строить сейчас.

(Все изображения в высоком разрешении. Откройте их в новой вкладке для высокого разрешения.)

Шаг 1. Необходимые детали и инструменты

• Колеса 4 x 10 см x 4 см с отверстиями 6 мм (или совместимые с имеющимися у вас моторами)
• 4 мотор-редуктора 12 В, 300 или 500 об / мин с валом 6 мм
• 1 металлический корпус подходящего размера (я повторно использовал старый металлический корпус)
• 4 х L-образных зажима двигателя
• 2 x 6V 5Ah, свинцово-кислотные батареи
• 1 х 9 В аккумулятор
• 1 x плата драйвера двигателя L298N или голая микросхема
• 1 передатчик 433 МГц
• 2 приемника 433 МГц (совместимый)
• Кнопки 4 x 12 мм
• 1 х разъем для ствола постоянного тока
• 1 х HT12E
• 1 х HT12D
• 1 х CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 х CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 электролитических конденсатора по 100 мкФ
• Керамические конденсаторы 7 x 100 нФ
• 4 резистора 470R
• 1 резистор 51 кОм (важно)
• 1 x 680R резистор
• 1 x 1M резистор (важно)
• 1 x 7805 или LM2940 (5 В)
• 1 х 7809
• 3 x 2-контактные винтовые клеммы
• 1 х перекидной переключатель SPDT
• 1 x матовая черная краска
• Светодиоды, провода, общая печатная плата, розетки для микросхем, переключатели, сверлильный станок, дремель, наждачная бумага и другие инструменты

Такие детали, как двигатели, колеса, зажимы и т. Д., Могут быть выбраны в соответствии с вашими требованиями.

Шаг 2: Схема драйвера двигателя

HT12D - это 12-битный декодер, который представляет собой декодер с последовательным вводом и параллельным выводом. Входной контакт HT12D будет подключен к приемнику с последовательным выходом. Среди 12-битных 8 бит являются адресными битами, и HT12D будет декодировать входные данные только в том случае, если входящие данные совпадают с его текущим адресом. Это полезно, если вы хотите работать с несколькими устройствами на одной и той же частоте. Вы можете использовать 8-контактный DIP-переключатель для установки значения адреса. Но я припаял их непосредственно к GND, что дает адрес 00000000. HT12D здесь работает при 5 В, а значение Rosc составляет 51 кОм. Значение резистора важно, так как его изменение может вызвать проблемы с декодированием.

Выход приемника 433 МГц подключен к входу HT12D, а четыре выхода подключены к двойному Н-мостовому драйверу L298 2A. Драйверу необходим радиатор для надлежащего отвода тепла, так как он может сильно нагреваться.

Когда я нажимаю кнопку «Влево» на пульте дистанционного управления, я хочу, чтобы M1 и M2 двигались в направлении, противоположном направлению M3 и M4, и наоборот для работы вправо. Для работы в прямом направлении все двигатели должны вращаться в одном направлении. Это называется дифференциальным приводом и используется в боевых танках. Поэтому нам нужен не только один вывод для управления, но и четыре одновременно. Этого нельзя добиться с помощью кнопок SPST, которые у меня есть, если у вас нет переключателей SPDT или джойстика. Вы поймете это, посмотрев на приведенную выше логическую таблицу. Требуемая логика достигается на стороне передатчика на следующем этапе.

Вся установка питается от двух свинцово-кислотных аккумуляторов 6 В, 5 Ач, соединенных последовательно. Таким образом, у нас будет достаточно места для размещения батарей внутри корпуса. Но будет лучше, если вы найдете Li-Po аккумуляторы в диапазоне 12 В. Бочковое гнездо постоянного тока используется для подключения свинцово-кислотных аккумуляторов к внешнему зарядному устройству. 5 В для HT12D генерируется с помощью регулятора 7805.

Шаг 3: Сборка драйвера двигателя

Я использовал перфокарт для пайки всех компонентов. Сначала разместите компоненты так, чтобы их было легче припаять без использования множества перемычек. Это вопрос опыта. Как только размещение будет удовлетворительным, припаяйте ножки и срежьте лишние части. Пришло время прокладывать маршруты. Возможно, вы использовали функцию автоматического маршрутизатора во многих программах для проектирования печатных плат. Вы здесь роутер. Используйте свою логику для наилучшей маршрутизации с минимальным использованием перемычек.

Я использовал гнездо IC для РЧ-приемника вместо того, чтобы паять его напрямую, потому что позже я могу использовать его повторно. Вся плата является модульной, так что я могу легко их разобрать, если понадобится позже. Модульность - одно из моих предпочтений.

Шаг 4: Схема радиочастотного пульта дистанционного управления

Это 4-канальный радиочастотный пульт дистанционного управления для вездехода. Пульт дистанционного управления построен на базе пары кодер-декодер серий HT12E и HT12D, 2 ^ 12 от Holtek Semiconductor. Радиочастотная связь обеспечивается парой передатчик-приемник ASK 433 МГц.

HT12E - это 12-битный энкодер и, по сути, энкодер с параллельным вводом и последовательным выводом. Из 12 битов 8 битов являются адресными битами, которые можно использовать для управления несколькими приемниками. Контакты A0-A7 являются контактами ввода адреса. Частота генератора должна быть 3 кГц для работы 5 В. Тогда значение Rosc будет 1,1 МОм для 5В. Мы подаем в суд на батарею 9 В, поэтому значение Rosc составляет 1 МОм. Обратитесь к таблице данных, чтобы определить точную частоту генератора и резистор, который будет использоваться для определенного диапазона напряжений. AD0-AD3 - это входы управляющих битов. Эти входы будут управлять выходами D0-D3 декодера HT12D. Вы можете подключить выход HT12E к любому модулю передатчика, который принимает последовательные данные. В этом случае мы подключаем выход к входному контакту передатчика 433 МГц.

У нас есть четыре двигателя для дистанционного управления, каждый из которых подключен параллельно для дифференциального привода, как показано на предыдущей блок-схеме. Я хотел управлять двигателями для дифференциального привода с помощью четырех обычных кнопок SPST. Но есть проблема. Мы не можем управлять (или включать) несколько каналов кодировщика HT12E с помощью только кнопок SPST. Здесь в игру вступают логические ворота. Один 4069 CMOS NOR и один 4077 NAND образуют логический драйвер. При каждом нажатии кнопок логическая комбинация генерирует необходимые сигналы на нескольких входных контактах кодировщика (это было интуитивно понятное решение, а не что-то экспериментальное, вроде «лампочки!»). Выходы этих логических вентилей подключены к входам HT12E и последовательно отправляются через передатчик. Получив сигнал, HT12D декодирует сигнал и соответственно подтягивает выходные контакты, которые затем будут управлять L298N и двигателями.

Шаг 5: Создание RF Remote Cotroller

Я использовал две отдельные части перфокартона для пульта дистанционного управления; один для кнопок и один для логической схемы. Все платы полностью модульные, поэтому их можно снимать без демонтажа. Антенный штырь модуля передатчика соединен с внешней телескопической антенной, утилизированной от старого радиоприемника. Но для этого можно использовать цельный кусок проволоки. Пульт дистанционного управления напрямую использует батарею 9 В.

Все было запихнуто в небольшую пластиковую коробку, которую я нашел в ящике для мусора. Не лучший способ сделать пульт дистанционного управления, но он служит цели.

Шаг 6: Покраска пульта дистанционного управления

Внутри все было упаковано с кнопками, переключателем DPDT, светодиодным индикатором включения и открытой антенной. Я просверлил несколько отверстий рядом с передатчиком, так как обнаружил, что он немного нагревается после продолжительной работы. Так отверстия будут обеспечивать приток воздуха.

Было ошибкой вырезать сверху большое прямоугольное отверстие вместо четырех маленьких. Я мог подумать о другом. Для отделки я использовала серебристый металлик.

Шаг 7: Сборка шасси

В качестве шасси вездехода я использовал старый металлический корпус усилителя. Внизу были отверстия, и некоторые из них пришлось расширить с помощью сверлильного станка, что упростило фиксацию зажимов двигателя. Вы должны найти что-то подобное или сделать его из листового металла. Прямоугольные зажимы двигателя (или L-зажимы) имеют по шесть отверстий под винты. Вся установка была не такой прочной, поскольку толщина листа была небольшой, но достаточной, чтобы выдержать весь вес батарей и всего остального. Двигатели могут быть прикреплены к зажимам с помощью гаек, поставляемых с мотор-редукторами постоянного тока. Вал мотора имеет резьбовое отверстие для крепления колес.

Я использовал мотор-редукторы постоянного тока 300 об / мин с пластиковой коробкой передач. Пластиковые редукторы (шестерни по-прежнему металлические), моторы дешевле мотор-редукторов Johnson. Но они изнашиваются быстрее и не имеют такого большого крутящего момента. Я предлагаю вам использовать мотор-редукторы Johnson с частотой вращения 500 или 600 об / мин. 300 об / мин недостаточно для хорошей скорости.

Каждый двигатель должен быть припаян керамическими конденсаторами емкостью 100 нФ для уменьшения контактных искр внутри двигателя. Это обеспечит лучшую жизнь моторов.

Шаг 8: Покраска корпуса

Окрашивать легко баллончиками с краской. Я использовал матовый черный цвет для всего корпуса. Вам нужно очистить металлический корпус наждачной бумагой и удалить все старые слои краски для лучшей отделки. Нанесите два слоя для долгой жизни.

Шаг 9: Тестирование и завершение

Я был действительно взволнован, увидев, что все работает безупречно, в первый раз, когда я это тестировал. Думаю, подобное случилось впервые.

Я использовал коробку tiffin, чтобы удерживать плату драйвера внутри. Поскольку все модульное, сборка выполняется легко. Антенный провод РЧ-приемника был подключен к стальной проволочной антенне за пределами шасси.

В собранном виде все выглядело просто великолепно, как я и ожидал.

Шаг 10. Посмотрите на это в действии

Выше показано, как я использовал вездеход для переноски модуля GPS + акселерометр для другого проекта. На верхней плате находятся GPS, акселерометр, радиопередатчик и самодельный Arduino. Ниже находится плата драйвера двигателя. Вы можете увидеть, как туда поместили свинцово-кислотные батареи. Там для них достаточно места, несмотря на то, что посередине есть коробка для подарков.

Посмотрите ролик в действии. Видео немного шаткое, так как я снимал его на телефон.

Шаг 11: Улучшения

Как я всегда говорю, всегда есть возможности для улучшения. Я сделал обычный радиоуправляемый вездеход. Он недостаточно мощный, чтобы нести тяжести, уворачиваться от препятствий, и не быстрый. Диапазон радиочастотного контроллера ограничен примерно 100 метрами на открытом пространстве. Вы должны попытаться устранить все эти недостатки при его создании; не копируйте его просто так, если вы не ограничены доступностью деталей и инструментов. Вот некоторые из моих предложений по улучшению для вас.

• Используйте двигатели с металлической коробкой передач Johnson на 500 или 600 об / мин для лучшего баланса скорости и момента. Они действительно мощные и могут выдавать до 12 кг крутящего момента при 12 В. Но вам понадобится совместимый драйвер двигателя и батареи для больших токов.
• Используйте микроконтроллер для управления двигателем с помощью ШИМ. Таким образом вы можете контролировать скорость марсохода. Потребуется специальный переключатель для управления скоростью на стороне пульта дистанционного управления.
• Используйте более качественную и мощную пару радиопередатчиков и приемников для увеличения рабочего диапазона.
• Крепкое шасси, вероятно, из алюминия, вместе с пружинными амортизаторами.
• Вращающаяся роботизированная платформа для крепления роботов-манипуляторов, фотоаппаратов и прочего. Можно сделать с помощью сервопривода наверху шасси.

Я планирую построить 6-колесный вездеход со всеми упомянутыми выше функциями и использовать его в качестве платформы для вездехода общего назначения. Надеюсь, вам понравился этот проект и вы что-то узнали. Спасибо за прочтение:)