HackerBoxes 0013: Автоспорт: 12 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

АВТОСПОРТ: Този месец хакерите HackerBox изследват автомобилната електроника. Тази инструкция съдържа информация за работа с HackerBoxes #0013. Ако искате да получавате подобна кутия право в пощенската си кутия всеки месец, сега е моментът да се абонирате за HackerBoxes.com и да се присъедините към революцията!

Теми и учебни цели за този HackerBox:

• Адаптиране на NodeMCU за Arduino
• Сглобяване на комплект за кола с 2WD
• Окабеляване на NodeMCU за управление на комплект за кола с 2WD
• Контролиране на NodeMCU през WiFi с помощта на Blynk
• Използване на сензори за автономна навигация
• Работа с автомобилна бордова диагностика (OBD)

HackerBoxes е услугата за месечен абонамент за електронна електроника и компютърни технологии. Ние сме любители, създатели и експериментатори. Хакнете планетата!

Стъпка 1: HackerBoxes 0013: Съдържание на кутията

• HackerBoxes #0013 Колекционерска референтна карта
• 2WD Комплект шаси за кола
• NodeMCU модул за Wi -Fi процесор
• Моторен щит за NodeMCU
• Джъмпер блок за щит на двигателя
• Кутия за батерии (4 x AA)
• HC-SR04 ултразвуков сензор за далекомер
• TCRT5000 IR сензори за отражение
• DuPont женско-женски джъмпери 10см
• Два червени лазерни модула
• Бордова диагностика (OBD) Mini-ELM327
• Изключителна надпис за състезания HackerBoxes

Някои други неща, които ще бъдат полезни:

• Четири AA батерии
• Двустранна лента от пяна или велкро ленти
• microUSB кабел
• Смартфон или таблет
• Компютър с Arduino IDE

Най -важното е, че ще ви трябва чувство за приключение, дух „направи си сам“и хакерско любопитство. Хардкорната електроника на любителите не винаги е лесна, но когато упорствате и се наслаждавате на приключението, голяма доза удовлетворение може да бъде получена от постоянството и работата ви. Просто направете всяка стъпка бавно, обърнете внимание на детайлите и не се колебайте да помолите за помощ.

Стъпка 2: Автомобилна електроника и самоуправляващи се автомобили

Автомобилната електроника е всяка електронна система, използвана в пътните превозни средства. Те включват компютри, телематика, системи за забавление в колата и т.н. Автомобилната електроника произхожда от необходимостта от управление на двигателите. Първите бяха използвани за управление на функциите на двигателя и бяха наричани блокове за управление на двигателя (ECU). Тъй като електронните контроли започнаха да се използват за повече автомобилни приложения, абревиатурата ECU придоби по -общото значение на „електронен блок за управление“и след това бяха разработени специфични ECU. Сега ECU са модулни. Два вида включват модули за управление на двигателя (ECM) или модули за управление на трансмисията (TCM). Съвременният автомобил може да има до 100 ECU.

Радиоуправляемите автомобили (R/C автомобили) са автомобили или камиони, които могат да се управляват от разстояние с помощта на специализиран предавател или дистанционно. Терминът "R/C" се използва както за "дистанционно управление", така и за "радиоуправление", но обичайната употреба на "R/C" днес обикновено се отнася за превозни средства, контролирани от радиочестотна връзка.

Автономна кола (кола без шофьор, самоуправляваща се кола, роботизирана кола) е превозно средство, което е способно да усеща околната среда и да се движи без човешки принос. Автономните автомобили могат да откриват околната среда, използвайки различни техники като радар, лидар, GPS, одометрия и компютърно зрение. Усъвършенстваните системи за управление интерпретират сензорната информация, за да идентифицират подходящи навигационни пътища, както и препятствия и съответни знаци. Автономните автомобили имат системи за контрол, които са в състояние да анализират сензорни данни, за да разграничават различни автомобили по пътя, което е много полезно при планирането на път към желаната дестинация.

Стъпка 3: Arduino за NodeMCU

NodeMCU е IoT платформа с отворен код. Той включва фърмуер, който работи на ESP8266 Wi-Fi SoC от Espressif Systems и хардуер, базиран на модула ESP-12.

Arduino IDE вече може лесно да се разшири, за да поддържа програмиране на модули NodeMCU, сякаш са всяка друга платформа за разработка на Arduino.

За да започнете, уверете се, че имате инсталирана Arduino IDE (www.arduino.cc), както и драйвери за съответния чип Serial-USB на модула NodeMCU, който използвате. В момента повечето модули NodeMCU включват серийно-USB чип CH340. Производителят на чипове CH340 (WCH.cn) разполага с налични драйвери за всички популярни операционни системи. Вижте страницата за превод на Google за техния сайт.

Стартирайте IDE на Ardino, отидете в предпочитанията и намерете полето за въвеждане на „Допълнителни URL адреси на мениджъра на борда“

Поставете този URL адрес:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

За да инсталирате Board Manager за ESP8266.

След инсталирането затворете IDE и след това го стартирайте отново.

Сега свържете модула NodeMCU към компютъра си с помощта на microUSB кабел (както се използва от повечето мобилни телефони и таблети).

Изберете типа платка в IDE на Arduino като NodeMCU 1.0

Винаги обичаме да зареждаме и тестваме мигащата демонстрация на нова платка Arduino, само за да получим известна увереност, че всичко работи правилно. NodeMCU не прави изключение, но трябва да промените LED щифта от pin13 на pin16, преди да компилирате и качите. Уверете се, че този бърз тест работи правилно, преди да преминете към нещо по -сложно с Arduino NodeMCU.

Ето инструкция, която преминава през процеса на настройка за Arduino NodeMCU с някои различни примери за приложения. Това е малко отклонено от целта тук, но може да е полезно да потърсите друга гледна точка, ако се забиете.

Стъпка 4: Комплект шаси с 2WD автомобил

Съдържание на комплекта шаси за 2WD:

• Алуминиево шаси (цветовете варират)
• Два FM90 DC двигателя
• Две колела с гумени гуми
• Колело на свободен ход
• Хардуер за сглобяване
• Монтаж на хардуер

Двигателите с постоянен ток FM90 приличат на микро серво, защото са вградени в същия пластмасов корпус като обикновените микро сервомотори, като FS90, FS90R или SG92R. FM90 обаче не е серво. FM90 е двигател с постоянен ток с пластмасова предавка.

Скоростта на двигателя на FM90 се контролира от импулсно ширината (PWM) на захранващите проводници. Посоката се контролира чрез смяна на полярността на захранването, както при всеки четен двигател с постоянен ток. FM90 може да работи на 4-6 волта DC. Макар и малък, той извлича достатъчно ток, за да не се задвижва директно от щифт на микроконтролер. Трябва да се използва двигател или H-мост.

FM90 DC мотор характеристики:

• Размери: 32,3 мм х 12,3 мм х 29,9 мм / 1,3 "х 0,49" х 1,2"
• Брой сплайни: 21
• Тегло: 8.4g
• Скорост на празен ход: 110RPM (4.8v) / 130RPM (6v)
• Работен ток (без товар): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Максимален въртящ момент (4.8v): 1.3 kg/cm/18.09 oz/in
• Пиков въртящ момент (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Ток на застой: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Стъпка 5: Шаси на автомобил: Механичен монтаж

Автомобилното шаси може лесно да се сглоби според тази диаграма.

Обърнете внимание, че има две малки торби с хардуер. Единият включва монтажен хардуер с шест месингови 5mm-M3 стойки заедно със съответстващи винтове и гайки. Този монтажен хардуер може да бъде полезен при по -късни стъпки на монтиране на контролери, сензори и други елементи към шасито.

За тази стъпка ще използваме хардуера за сглобяване, който включва:

• Четири тънки болта M2x8 и малки съвпадащи гайки за закрепване на двигателите
• Четири по -дебели болта M3x10 и по -големи съвпадащи гайки за закрепване на колелото
• Два винта PB2.0x8 с груби резби за закрепване на колелата към двигателите

Обърнете внимание, че двигателите FM90 са ориентирани така, че проводниците да се простират от задната страна на сглобеното шаси.

Стъпка 6: Шаси на автомобил: Добавете захранващ блок и контролер

Платката за щит на двигателя ESP-12E поддържа директно включване на модула NodeMCU. Щитът на двигателя включва чип за драйвер на двигател L293DD (лист с данни). Кабелите на проводника на двигателя трябва да бъдат свързани към винтовите клеми A+/A- и B+/B- на щита на двигателя (след отстраняване на съединителите). Кабелите на акумулатора трябва да бъдат свързани към винтовите клеми на батерията.

Ако едно от колелата се завърти в грешна посока, проводниците към съответния двигател могат да бъдат разменени на винтовите клеми или битът за посоката може да бъде обърнат в кода (следващата стъпка).

На щита на двигателя има пластмасов бутон за захранване, който активира захранването на батерията. Джъмперният блок може да се използва за насочване на захранването към NodeMCU от щита на двигателя. Без инсталиран джъмпер блок NodeMCU може да се захранва от USB кабела. С монтирания джъмпер блок (както е показано), захранването на батерията захранва двигателите и също се задвижва към модула NodeMCU.

Щитът на двигателя и батерията могат да се монтират към шасито, като подравнят отворите за винтове с наличните отвори в алуминиевото шаси. Намираме за по-лесно просто да ги прикрепим към шасито с помощта на двустранна лента от пяна или залепващи велкро ленти.

Стъпка 7: Шаси на автомобил: Програмиране и Wi-Fi контрол

Blynk е платформа с приложения за iOS и Android за управление на Arduino, Raspberry Pi и друг хардуер през Интернет. Това е цифрово табло, където можете да изградите графичен интерфейс за вашия проект, като просто плъзнете и пуснете джаджи. Наистина е много лесно да настроите всичко и веднага ще започнете да се занимавате. Blynk ще ви осигури онлайн и готов за Интернет на вашите неща.

Включеният тук скрипт на HBcar.ino Arduino показва как да взаимодействате с четири бутона (напред, назад, надясно и наляво) по проект Blynk за управление на двигателите на шасито на 2WD автомобил.

Преди компилирането в програмата трябва да се променят три низа:

• Wi-Fi SSID (за вашата точка за достъп до Wi-Fi)
• Парола за Wi-Fi (за вашата точка за достъп до Wi-Fi)
• Blynk Authorization Token (от вашия проект Blynk)

Забележете от примерния код, че чипът L293DD върху щита на двигателя е свързан, както следва:

• GPIO щифт 5 за скорост на мотор А
• GPIO пин 0 за посока на мотор А
• GPIO щифт 4 за скорост на мотор В
• GPIO щифт 2 за посока на мотор B

Стъпка 8: Сензори за автономна навигация: Ултразвуков далекомер

Ултразвуковият далекомер HC-SR04 (лист с данни) може да осигури измервания от около 2 см до 400 см с точност до 3 мм. Модулът HC-SR04 включва ултразвуков предавател, приемник и верига за управление.

След като прикрепите четири джъмпера женско-женско към щифтовете на HC-SR04, обвиването на някаква лента около съединителите може да помогне както за изолиране на връзките от късо съединение към алуминиевото шаси, така и за осигуряване на гъвкава маса за вклиняване в слота отпред на шасито, както е показано.

В този пример четирите щифта на HC-SR04 могат да бъдат свързани към щита на двигателя:

• VCC (на HC-SR04) към VIN (на щит на двигателя)
• Задействане (на HC-SR04) до D6 (на щит на двигателя)
• Ехо (на HC-SR04) до D7 (на щит на двигателя)
• GND (на HC-SR04) към GND (на щит на двигателя)

VIN ще доставя около 6VDC на HC-SR04, който се нуждае само от 5V. Това обаче изглежда работи добре. Другата налична шина за захранване (3.3V) понякога е достатъчна за захранване на модула HC-SR04 (определено опитайте), но понякога не е достатъчно напрежение.

След като това е свързано, изпробвайте примерния код NodeMCUping.ino, за да тествате работата на HC-SR04. Разстоянието от сензора до всеки обект се отпечатва на серийния монитор (9600 платка) в сантиметри. Вземете нашия владетел и тествайте точността. Впечатляващо нали?

Сега, когато имате този намек, опитайте нещо подобно за автономно превозно средство, което избягва сблъсъци:

1. напред до разстояние <10 см
2. спиране
3. назад на малко разстояние (по избор)
4. завъртете произволен ъгъл (време)
5. цикъл към стъпка 1

За обща основна информация, тук е видео с урок, пълен с подробности за използването на модула HC-SR04.

Стъпка 9: Сензори за автономна навигация: Инфрачервена (IR) отразяваща способност

Модулът за IR отразяващ сензор използва TCRT5000 (лист с данни) за откриване на цвят и разстояние. Модулът излъчва инфрачервена светлина и след това открива дали получава отражение. Благодарение на способността си да усеща дали повърхността е бяла или черна, този сензор често се използва на линия след роботи и автоматично регистриране на данни на измервателни уреди.

Обхватът на измервателното разстояние е от 1 мм до 8 мм, а централната точка е около 2,5 мм. Има и вграден потенциометър за регулиране на чувствителността. IR диодът ще излъчва инфрачервена светлина непрекъснато, когато модулът е свързан към захранването. Когато излъчената инфрачервена светлина не се отразява, триодът ще бъде в изключено състояние, което ще доведе до изхода на цифровия (D0) логически НИСКИ.

Стъпка 10: Лазерни лъчи

Тези общи 5mW 5V лазерни модули могат да се използват за добавяне на червени лазерни лъчи към почти всичко, което има налична 5V мощност.

Обърнете внимание, че тези модули могат лесно да бъдат повредени, така че HackerBox #0013 включва няколко, за да осигури резервно копие. Внимавайте с лазерните си модули!

Стъпка 11: Автомобилна бордова диагностика (OBD)

Бордовата диагностика (OBD) е автомобилен термин, отнасящ се до самодиагностиката и отчитането на автомобила. OBD системите дават достъп на собственика на автомобила или техника за ремонт до състоянието на различните подсистеми на превозното средство. Количеството диагностична информация, достъпно чрез OBD, варира значително от въвеждането му в началото на 80-те години на версията на бордови компютри за превозни средства. Ранните версии на OBD просто ще светят индикатор за неизправност, ако бъде открит проблем, но няма да предоставят никаква информация за естеството на проблема. Съвременните OBD реализации използват стандартизиран цифров комуникационен порт за предоставяне на данни в реално време в допълнение към стандартизирана поредица от диагностични кодове за неизправности или DTC, които позволяват бързо идентифициране и отстраняване на неизправности в превозното средство.

OBD-II е подобрение както във възможностите, така и в стандартизацията. Стандартът OBD-II определя вида на диагностичния конектор и неговото разпределение, наличните протоколи за електрическа сигнализация и формата на съобщенията. Той също така предоставя списък с кандидати за параметрите на превозното средство, които да се следят, както и как да се кодират данните за всеки от тях. В конектора има щифт, който осигурява захранване на инструмента за сканиране от акумулатора на автомобила, което елиминира необходимостта от свързване на инструмент за сканиране към източник на захранване отделно. Кодовете за диагностични проблеми на OBD-II са 4-цифрени, предшествани от буква: P за двигателя и трансмисията (задвижване), B за каросерията, C за шасито и U за мрежата. Производителите могат също така да добавят персонализирани параметри на данните към специфичното им изпълнение на OBD-II, включително заявки за данни в реално време, както и кодове за проблеми.

ELM327 е програмиран микроконтролер за свързване към бордовия диагностичен (OBD) интерфейс, открит в повечето съвременни автомобили. Командният протокол ELM327 е един от най-популярните стандарти за интерфейс PC-to-OBD и също се прилага от други доставчици. Оригиналният ELM327 е реализиран на микроконтролера PIC18F2480 от Microchip Technology. ELM327 абстрахира протокола от ниско ниво и представя прост интерфейс, който може да бъде извикан чрез UART, обикновено чрез ръчен диагностичен инструмент или компютърна програма, свързана чрез USB, RS-232, Bluetooth или Wi-Fi. Функцията на такъв софтуер може да включва допълнителни инструменти за превозни средства, докладване на кодове за грешки и изчистване на кодове за грешки.

Докато Torque е може би най -известният, има много приложения, които могат да се използват с ELM327.

Стъпка 12: Хакнете планетата

Благодарим ви, че споделихте нашето приключение в автомобилната електроника. Ако сте се наслаждавали на този Instrucable и бихте искали да получавате кутия с проекти по електроника като тази всеки месец директно във вашата пощенска кутия, моля, присъединете се към нас чрез АБОНИРАНЕ ТУК.

Протегнете ръка и споделете успеха си в коментарите по -долу и/или на страницата на HackerBoxes във Facebook. Със сигурност ни уведомете, ако имате въпроси или имате нужда от помощ за нещо. Благодарим ви, че сте част от HackerBoxes. Моля, продължавайте да получавате вашите предложения и обратна връзка. HackerBoxes са ВАШИТЕ кутии. Нека направим нещо страхотно!