Рециклирана RC кола: 23 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

RC колите винаги са били източник на вълнение за мен. Те са бързи, забавни и не е нужно да се притеснявате, ако ги сринете. И все пак, като по -възрастен, по -зрял RC ентусиаст, не мога да бъда видян да си играя с малки, детски RC коли. Трябва да имам големи, пораснали мъже. Тук възниква проблем: RC колите за възрастни са скъпи. Докато сърфирах онлайн, най -евтиното, което можах да намеря, струва 320 долара, като средната стойност е около 800 долара. Моят компютър е по -евтин от тези играчки!

Знаейки, че не мога да си позволя тези играчки, производителят в мен каза, че мога да направя кола за 10 -та от цената. Така започнах пътуването си, за да превърна боклука в злато

Консумативи

Необходимите части за RC автомобила са както следва:

• Използвана RC кола
• L293D шофьор на мотор (DIP формуляр)
• Arduino Nano
• Радиомодул NRF24L01+
• RC Drone батерия (или всяка друга батерия с голям ток)
• LM2596 Преобразуватели на долари (2)
• Проводници
• Perfboard
• Малки, различни компоненти (щифтове на заглавки, винтови клеми, кондензатори и др.)

Необходимите части за RC контролера са както следва:

• Използван контролер (трябва да има 2 аналогови джойстика)
• Arduino Nano
• Радиомодул NRF24L01+
• Електрически проводници

Стъпка 1: Рециклирано съкровище

Този проект първоначално започна преди около година, когато моите приятели и аз планирахме да направим компютър, задвижван от компютър, за проект за хакатон (състезание по кодиране). Планът ми беше да отида в магазин за спестявания, да купя най -големия RC автомобил, който намерих, да изкормя вътрешностите и да го заменя с ESP32.

На кратък период от време се втурнах към Savers, купих RC кола и се подготвих за хакатона. За съжаление, много от необходимите ми части не дойдоха навреме, така че трябваше да премахна проекта изцяло.

Оттогава колата RC събира прах под леглото ми, досега …

Бърз Преглед:

В този проект ще преустроя употребявана играчка кола и IR контролер, за да създам Upcycled RC Car. Ще изкормя вътрешностите, ще имплантирам Arduino Nano и ще използвам радиомодула NRF24L01+, за да комуникирам между двете.

Стъпка 2: Теория

Разбирането как нещо работи е по -важно от това да знаете как да го накарате да работи

- Кевин Ян 17.05.2020 г. (току -що измислих това)

С казаното, нека започнем да говорим за теорията и електрониката зад Upcycled RC Car.

От страната на колата ще използваме NRF24L01+, Arduino Nano, драйвер за двигател L293D, двигателите в RC автомобила и два долара конвертора. Един долар конвертор ще доставя задвижващото напрежение на двигателя, докато другият ще захранва 5V за Arduino Nano.

От страна на контролера ще използваме NRF24L01+, Arduino Nano и аналоговите джойстици в променения контролер.

Стъпка 3: NRF24L01+

Преди да започнем, вероятно трябва да обясня слона в стаята: NRF24L01+. Ако вече не сте запознати с името, NRF24 е чип, произведен от Nordic Semiconductors. Той е доста популярен в общността на производителите за радио комуникация поради ниската си цена, малкия размер и добре написаната документация.

И така, как всъщност работи модулът NRF? Е, за начало, NRF24L01+ работи на честота 2,4 GHz. Това е същата честота, на която работят Bluetooth и Wifi (с леки вариации!). Чипът комуникира между Arduino, използвайки SPI, четири-пинов комуникационен протокол. За захранване NRF24 използва 3.3V, но щифтовете също са толерантни към 5V. Това ни позволява да използваме Arduino Nano, който използва 5V логика, с NRF24, който използва 3.3V логика. Няколко други функции са както следва.

Забележителни характеристики:

• Работи с честотна лента 2,4 GHz
• Обхват на захранващото напрежение: 1.6 - 3.6V
• 5V Толерантен
• Използва SPI комуникация (MISO, MOSI, SCK)
• Заема 5 пина (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Много важно в този проект!)
• Спящ режим
• Консумира 900nA - 12mA
• Обхват на предаване: ~ 100 метра (зависи от географското местоположение)
• Цена: $ 1,20 на модул (Amazon)

Ако искате да научите повече за NRF24L01+, вижте раздела Допълнителни показания в края

Стъпка 4: L293D - Двоен моторен драйвер с H -мост

Въпреки че Arduino Nano може да захранва достатъчно ток за захранване на светодиод, няма начин Nano да захранва мотор сам. Затова трябва да използваме специален драйвер за управление на двигателя. Освен че може да захранва тока, чипът на драйвера ще защитава и Arduino от всякакви скокове на напрежение, които възникват при включване и изключване на двигателя.

Поставете L293D, четворна половин водач на H-мостов мотор, или по-просто казано, чип, който може да задвижва два двигателя напред и назад.

L293D разчита на H-мостове за контрол както на скоростта на двигателя, така и на посоката. Друга особеност е изолацията на захранването, което позволява на Arduino да работи от източник на захранване, отделен от двигателите.

Стъпка 5: Изкореняване на колата

Стига теория и нека всъщност започнем да изграждаме!

Тъй като автомобилът RC не идва с контролер (помнете го от магазин за спестявания), вътрешната електроника е по принцип безполезна. Така отворих RC колата и хвърлих контролната платка в кошчето за скрап.

Сега е важно да си направим няколко бележки, преди да започнем. Едно нещо, което трябва да се отбележи, е захранващото напрежение за RC автомобила. Колата, която купих, е много стара, преди литиевите батерии да са масови. Това означава, че този RC автомобил е бил захранван от Ni-Mh батерия с номинално напрежение 9,6 волта. Това е важно, тъй като това ще бъде напрежението, при което ще задвижваме двигателите.

Стъпка 6: Как работи колата?

С 99% сигурност мога да кажа, че колата ми не е същата като вашата, което означава, че този раздел е по същество безполезен. Важно е обаче да се отбележат някои характеристики, които има колата ми, защото ще основавам дизайна си на това.

Управление

За разлика от съвременните RC автомобили, колата, която модирам, не използва серво за завиване. Вместо това колата ми използва основен четен мотор и пружини. Това има много недостатъци, особено защото нямам възможност да правя фини завои. Едно непосредствено предимство обаче е, че не се нуждая от сложен интерфейс за управление, за да се обърна. Всичко, което трябва да направя, е да задействам двигателя с определена полярност (в зависимост от това в каква посока искам да завъртя).

Диференциална ос

Удивително, моят RC автомобил също съдържа диференциална ос и два различни режима на предавки. Това е доста забавно, тъй като разликите обикновено се срещат в реални автомобили, а не в малки RC. Мисля, че преди тази кола да се появи на рафтовете на магазин за спестявания, това беше RC модел от висок клас.

Стъпка 7: Издаване на власт

С изключването на функциите, сега трябва да говорим за най -важната част от тази конструкция: Как ще захранваме RC колата? И за да бъдем по -конкретни: Колко ток е необходим за задвижване на двигателите?

За да отговоря на това, свързах дрон батерия към доларов конвертор, където пуснах 11V на батерията до 9.6V на двигателите. Оттам зададох мултицета в режим на ток 10А и завърших веригата. Моят глюкомер прочете, че двигателите се нуждаят от 300 mA ток, за да пуснат свободен въздух.

Въпреки че това може да не звучи много, измерването, което наистина ни интересува, е стойността на тока на двигателите. За да измеря това, сложих ръце върху колелата, за да не ги завъртя. Когато погледнах глюкомера си, той показа солидно 1А.

Знаейки, че задвижващите двигатели ще черпят приблизително усилвател, след това пристъпих към тестване на кормилните двигатели, които извадиха 500mA, когато бяха в застой. С тези знания стигнах до заключението, че мога да захранвам цялата система от RC батерия на дрон и два LM2596 доларови конвертора*.

*Защо контролери с два долара? Е, всеки LM2596 има максимален ток от 3А. Ако захранвам всичко от един долар конвертор, щях да черпя много ток и следователно щях да имам доста големи скокове на напрежение. По дизайн силата на Arduino Nano почива всеки път, когато има голям скок на напрежението. Затова използвах два преобразувателя, за да облекча товара и да държа Nano изолиран от двигателите.

Един последен важен компонент, от който се нуждаем, е Li-Po клетъчен тестер за напрежение. Целта на това е да се предпази батерията от прекомерно разреждане, за да се предотврати разрушаването на живота на батерията (винаги поддържайте клетъчното напрежение на батерията на литиева батерия над 3,5 V!)

Стъпка 8: RC кола верига

След като проблемът с захранването изчезна, сега можем да изградим веригата. По -горе е схемата, която направих за RC автомобила.

Имайте предвид, че не съм включил връзката на волтметъра на батерията. За да използвате волтметъра, всичко, което трябва да направите, е да свържете конектора за баланс към съответните щифтове на волтметъра. Ако никога досега не сте правили това, кликнете върху видеоклипа, свързан в секцията Допълнителни четения, за да научите повече.

Бележки за веригата

Разрешаващите щифтове (1, 9) на L293D изискват ШИМ сигнал да има променлива скорост. Това означава, че само няколко пина на Arduino Nano могат да бъдат свързани към тях. За другите щифтове на L293D всичко върви.

Тъй като NRF24L01+ комуникира през SPI, трябва да свържем неговите SPI щифтове към SPI щифтовете на Arduino Nano (така че свържете MOSI -> MOSI, MISO -> MISO и SCK -> SCK). Също така е важно да се отбележи, че свързах IRQ щифта на NRF24 към пин 2 на Arduino Nano. Това е така, защото IRQ щифтът се понижава всеки път, когато NR24 получи съобщение. Като знам това, мога да задействам прекъсване, за да кажа на Nano да прочете радиото. Това позволява на Nano да прави други неща, докато чака нови данни.

Стъпка 9: ПХБ

Тъй като искам да направя това модулен дизайн, създадох печатна платка, използвайки перф дъска и много щифтове на заглавки.

Стъпка 10: Окончателни връзки

С направената печатна платка и RC колата изкормена, използвах алигаторни проводници, за да проверя дали всичко работи.

След като проверих дали всички връзки са правилни, замених алигаторните проводници с истински кабели и закрепих всички компоненти към шасито.

В този момент може да сте разбрали, че тази статия не е ръководство стъпка по стъпка. Това е така, защото е просто невъзможно да се изпише всяка отделна стъпка, така че вместо това следващите няколко стъпки по Instructables ще бъда аз, споделяйки няколко съвета, които научих, докато правех колата.

Стъпка 11: Съвет 1: Поставяне на радиомодул

За да увелича обхвата на RC автомобила, поставих радиомодула NRF възможно най -отстрани. Това е така, защото радиовълните се отразяват от метали като печатни платки и проводници, следователно намаляват обхвата. За да разреша това, поставих модула от самата страна на печатната платка и изрязах процеп в корпуса на колата, за да може да стърчи.

Стъпка 12: Съвет 2: Поддържайте го модулен

Друго нещо, което направих, което ме спаси няколко пъти, е свързването на всичко чрез щифтове за заглавки и клемни блокове. Това позволява лесна смяна на части, ако някой от компонентите се запържи (по някаква причина …).

Стъпка 13: Съвет 3: Използвайте радиатори

Двигателите в моя RC автомобил изтласкват L293D до самите му граници. Докато шофьорът на двигателя може да обработва непрекъснато до 600 mA, това също означава, че става много горещо и бързо! Ето защо е добра идея да добавите малко термо паста и радиатори, за да предотвратите самото готвене на L293D. Въпреки това, дори и с радиаторите, чипът все още може да стане твърде горещ за докосване. Ето защо е добра идея да оставите колата да се охлади след 2-3 минути игра.

Стъпка 14: Време за RC контролер

След като RC автомобилът е готов, можем да започнем да правим контролера.

Подобно на RC автомобила, аз също купих контролера известно време назад, мислейки, че мога да направя нещо с него. По ирония на съдбата, контролерът всъщност е IR, така че използва IR светодиоди за комуникация между устройства.

Основната идея с тази компилация е да запазите оригиналната платка вътре в контролера и да изградите Arduino и NRF24L01+ около нея.

Стъпка 15: Основи на аналоговия джойстик

Свързването към аналогов джойстик може да бъде обезсърчаващо, особено защото няма разкъсваща платка за щифтовете. Не се притеснявай! Всички аналогови джойстици работят на един и същ водещ принцип и обикновено имат един и същ извод.

По същество аналоговите джойстици са само два потенциометра, които променят съпротивлението при движение в различни посоки. Например, когато преместите джойстика надясно, потенциометърът по оста x променя стойността. Сега, когато преместите джойстика напред, потенциометърът по оста y променя стойността.

Имайки това предвид, ако погледнем долната страна на аналоговия джойстик, виждаме 6 пина, 3 за потенциометъра по оста x и 3 за потенциометъра по оста y. Всичко, което трябва да направите, е да свържете 5V и земята към външните щифтове и да свържете средния щифт към аналогов вход на Arduino.

Имайте предвид, че стойностите за потенциометъра ще бъдат картографирани на 1024, а не на 512! Това означава, че трябва да използваме вградената функция map () в Arduino, за да контролираме всички цифрови изходи (като PWM сигнал, който използваме за управление на L293D). Това вече е направено в кода, но ако планирате да напишете своя собствена програма, трябва да имате това предвид.

Стъпка 16: Връзки на контролера

Връзките между NRF24 и Nano са все същите за контролера, но без IRQ връзката.

Схемата за контролера е показана по -горе.

Модифицирането на контролер определено е форма на изкуство. Вече казах това безброй пъти, но просто не е възможно да напиша стъпка по стъпка как да го направя. По този начин, подобно на това, което направих по -рано, ще дам няколко съвета за това, което научих, докато правех моя контролер.

Стъпка 17: Съвет 1: Използвайте частите на ваше разположение

Мястото в контролера е много ограничено, затова, ако искате да включите други входове за колата, използвайте ключовете и копчетата, които вече са там. За моя контролер също свързах потенциометър и 3-посочен превключвател към Nano.

Друго нещо, което трябва да имате предвид, че това е вашият контролер. Ако изводите не отговарят на вашите предпочитания, винаги можете да ги пренаредите!

Стъпка 18: Съвет 2: Премахнете ненужните следи

Тъй като използваме оригиналната платка, трябва да изстържете всички следи, които отиват към аналоговите джойстици и към всички други сензори, които използвате. По този начин предотвратявате вероятността от неочаквано поведение на сензора.

За да направя тези разфасовки, просто използвах резачка за кутии и вкарах печатната платка няколко пъти, за да разделя наистина следите.

Стъпка 19: Съвет 3: Дръжте кабелите възможно най -къси

Този съвет говори конкретно за SPI линиите между Arduino и модула NRF24, но това важи и за другите връзки. NRF24L01+ е изключително чувствителен към смущения, така че ако някакъв шум бъде улавен от проводниците, той ще повреди данните. Това е един от основните недостатъци на SPI комуникацията. По същия начин, като поддържате кабелите възможно най -къси, вие също правите целия контролер по -чист и по -организиран.

Стъпка 20: Съвет 4: Поставяне! Поставяне! Поставяне

Освен просто поддържане на проводниците възможно най -къси, това означава и поддържане на възможно най -краткото разстояние между частите.

Когато търсите места за монтиране на NRF24 и Arduino, не забравяйте да ги държите възможно най -близо един до друг и джойстиците.

Друго нещо, което трябва да имате предвид, е къде да поставите модула NRF24. Както беше казано по -рано, радиовълните не могат да преминат през метал, затова трябва да монтирате модула близо до страната на контролера. За да направя това, изрязах малък процеп с Dremel, за да оставя NRF24 да изпъкне отстрани.

Стъпка 21: Код

Вероятно най -важната част от тази компилация е действителният код. Включих коментари и всичко, така че няма да обяснявам всяка програма ред по ред.

Като се има предвид това, няколко важни неща, които искам да отбележа, е, че ще трябва да изтеглите библиотеката NRF24, за да стартирате програмите. Ако все още нямате инсталирани библиотеки, предлагам ви да разгледате уроците, свързани в раздела Допълнителни четения, за да научите как. Също така, когато изпращате сигнали към L293D, никога не включвайте щифтовете за посока и двата. Това ще скъси драйвера на двигателя и ще го изгори.

Github-

Стъпка 22: Краен продукт

И накрая, след една година събиране на прах и 3 седмици ръчен труд, най -накрая приключих с производството на Upcycled RC Car. Въпреки че трябва да призная, никъде не е толкова мощен, колкото автомобилите, видяни във въведението, той излезе много по -добре, отколкото си мислех. Колата може да шофира около 40 минути преди да изчерпи мощността си и да се отдалечи на 150 метра от контролера.

Няколко неща, които определено бих направил, за да подобря колата, е да сменя L293D за L298, по -голям, по -мощен драйвер на мотор. Друго нещо, което бих направил, е да разменя стандартния радио модул NRF за версията с усилена антена. Тези модификации биха увеличили въртящия момент и обхвата на автомобила съответно.

Стъпка 23: Допълнителни показания:

NRF24L01+

• Технически лист за Nordic Semiconductor
• SPI съобщение (член)
• Основна настройка (видео)
• Задълбочен урок (статия)
• Разширени съвети и трикове (видео серия)

L293D

• Информационен лист на Texas Instruments
• Задълбочен урок (статия)