RC Four Wheel Ground Rover: 11 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:56

Това е "Монолит на колела" (благодарение на Стенли Кубрик: D)

Това беше една от мечтите ми да построя дистанционно управляван наземен роувър, откакто започнах да се занимавам с електроника, тъй като безжичните неща винаги са ме очаровали. Нямах достатъчно време и пари, за да го направя, докато не започна проекта за колежа. Така че построих роувър на четири колела за последния си годишен проект. В тази инструкция ще обясня как използвах корпус на стар усилвател, за да построя марсохода от нулата и как да направя радиоконтролера.

Това е роувър на четири колела, с четири отделни задвижващи двигателя. Схемата на драйвера на двигателя е базирана на L298N, а радиочестотното управление се основава на двойка HT12E и HT12D от полупроводник Holtek. Не използва Arduino или други микроконтролери. Версията, която направих, използва евтина 433 MHz ISM честотна лента ASK предавател и приемник за безжична работа. Роувърът се управлява от четири бутона и използваният метод на шофиране е диференциално задвижване. Контролерът има обхват от около 100 м в открито пространство. Нека започнем да строим сега.

(Всички изображения са с висока разделителна способност. Отворете ги в нов раздел за висока резолюция.)

Стъпка 1: Необходими са части и инструменти

• 4 x 10 cm x 4 cm колела с 6 мм отвори (или такива, които са съвместими с двигателите, които имате)
• Мотори с редуктор 4 x 12V, 300 или 500 RPM с вал 6 mm
• 1 x метален корпус с подходящ размер (използвах повторно стар метален корпус)
• 4 x L -образни скоби за мотор
• 2 x 6V 5Ah, оловно-кисели батерии
• 1 x 9V батерия
• 1 x L298N Моторна платка или гола IC
• 1 x 433MHz предавател
• 2 x 433MHz приемник (съвместим)
• 4 x 12 мм бутони
• 1 х DC Варелов жак
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF електролитни кондензатори
• 7 x 100nF керамични кондензатори
• 4 x 470R резистори
• 1 x 51K резистор (важно)
• 1 x 680R резистор
• 1 x 1M резистор (важно)
• 1 x 7805 или LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2pin винтови клеми
• 1 x превключвател SPDT
• 1 x Матова черна боя
• Светодиоди, проводници, обикновени платки, IC гнезда, ключове, свредло, Dremel, шкурки и други инструменти

Части като двигатели, колела, скоби и т.н. могат да бъдат избрани според вашите изисквания.

Стъпка 2: Схема на драйвера на двигателя

HT12D е 12-битов декодер, който е сериен вход паралелен изходен декодер. Входният щифт на HT12D ще бъде свързан към приемник, който има сериен изход. Сред 12-битовите 8 бита са битове за адрес и HT12D ще декодира входа, само ако входящите данни съвпадат с текущия му адрес. Това е полезно, ако искате да работите с много устройства на една и съща честота. Можете да използвате 8 -пинов DIP превключвател за задаване на стойността на адреса. Но ги запоявах директно към GND, което дава адрес 00000000. HT12D тук работи при 5V и стойността на Rosc е 51 KΩ. Стойността на резистора е важна, тъй като промяната му може да причини проблеми с декодирането.

Изходът на 433MHz приемник е свързан към входа на HT12D, а четирите изхода са свързани към L298 2A двоен H-мостов драйвер. Водачът се нуждае от радиатор за правилното разсейване на топлината, тъй като той може да стане много горещ.

Когато натисна бутона наляво на дистанционното, искам M1 и M2 да се движат в посока, противоположна на тази на M3 и M4 и обратно за работа вдясно. За напред, всички двигатели ще трябва да работят в една и съща посока. Това се нарича диференциално задвижване и се използва в бойните танкове. Следователно имаме нужда не само от един щифт за управление, но и от четири едновременно. Това не може да бъде постигнато с бутоните SPST, които имам, освен ако нямате някои SPDT превключватели или джойстик. Ще разберете това, като погледнете логическата таблица, показана по -горе. Необходимата логика се постига в края на предавателя в следващата стъпка.

Цялата настройка се захранва от две 6V, 5Ah оловно-киселинни батерии в серийна конфигурация. По този начин ще имаме достатъчно място за поставяне на батериите в шасито. Но ще бъде по-добре, ако намерите Li-Po батерии в диапазона 12V. За свързване на Pb-Acid батерии към външно зарядно устройство се използва DC варел. 5V за HT12D се генерира с помощта на регулатор 7805.

Стъпка 3: Изграждане на драйвера на двигателя

Използвах перфорирана дъска за запояване на всички компоненти. Първо поставете компонентите по начин, по -лесен за запояване, без да използвате много джъмпери. Това е въпрос на опит. След като разположението е задоволително, запоявайте краката и отрежете излишните части. Сега е време за маршрутизиране. Може да сте използвали функцията за автоматичен рутер на много софтуерни програми за дизайн на печатни платки. Вие сте маршрутизаторът тук. Използвайте логиката си за най -добро маршрутизиране с минимално използване на джъмпери.

Използвах IC гнездо за RF приемника, вместо директно да го запоявам, защото мога да го използвам по -късно. Цялата дъска е модулна, така че мога да ги разглобя лесно, ако е необходимо по -късно. Да бъда модулен е една от моите склонности.

Стъпка 4: Схема за дистанционно управление на RF

Това е 4 -канално RF дистанционно управление за марсохода. Дистанционното управление се основава на двойка енкодер-декодер от серия 2^12 от HT12E и HT12D от полупроводник Holtek. RF комуникацията е възможна чрез 433MHz ASK двойка предавател-приемник.

HT12E е 12-битов енкодер и по същество паралелен входно-сериен изходен енкодер. От 12 бита, 8 бита са адресни битове, които могат да се използват за управление на множество приемници. Пиновете A0-A7 са входните щифтове на адреса. Честотата на осцилатора трябва да бъде 3 KHz за работа на 5V. Тогава стойността на Rosc ще бъде 1,1 MΩ за 5V. Съдим 9V батерия и следователно стойността на Rosc е 1 MΩ. Вижте листа с данни, за да определите точната честота на осцилатора и резистора, който да се използва за определен диапазон на напрежение. AD0-AD3 са входовете на контролния бит. Тези входове ще управляват изходите D0-D3 на декодера HT12D. Можете да свържете изхода на HT12E към всеки предавателен модул, който приема серийни данни. В този случай свързваме изхода към входния щифт на предавателя 433MHz.

Имаме четири двигателя за дистанционно управление, от които всеки два са свързани паралелно за диференциално задвижване, както се вижда в предишната блокова схема. Исках да управлявам двигателите за диференциално задвижване с четири широко достъпни бутона SPST. Но има проблем. Не можем да контролираме (или да активираме) множество канали на енкодера HT12E само с бутони SPST. Тук влизат в действие логическите порти. Един 4069 CMOS NOR и един 4077 NAND образуват логическия драйвер. За всяко натискане на бутоните, логическата комбинация генерира необходимите сигнали на множество входни щифтове на енкодера (това беше интуитивно решение, а не нещо измислено чрез експерименти, като "крушка!"). Изходът на тези логически порти е свързан към входовете на HT12E и се изпраща последователно през предавателя. При получаване на сигнала, HT12D ще декодира сигнала и съответно ще издърпа изходните щифтове, които след това ще задвижат L298N и двигателите.

Стъпка 5: Изграждане на RF дистанционен контролер

Използвах две отделни парчета за дистанционно управление; един за бутоните и един за логическата верига. Всички дъски са напълно модулни и така могат да се отделят без никакво разпояване. Антенният щифт на предавателния модул е свързан към външна телескопична антена, спасена от старо радио. Но можете да използвате единично парче тел за него. Дистанционното управление използва 9V батерия директно.

Всичко беше натъпкано в малка пластмасова кутия, която намерих в кутията за боклуци. Не е най -добрият начин да направите дистанционно управление, но служи за целта.

Стъпка 6: Боядисване на дистанционното управление

Всичко беше опаковано вътре с бутоните, DPDT превключвателя, LED индикатора за включване и откритата антена. Пробих няколко дупки близо до предавателя, който е поставен, защото открих, че се нагрява малко след продължителна работа. Така дупките ще осигурят някакъв въздушен поток.

Грешка беше да се изреже голямата правоъгълна дупка на върха, вместо малките четири. Може би съм мислил нещо друго. Използвах метална сребърна боя за финиш.

Стъпка 7: Изграждане на шасито

Използвах стар корпус на усилвател като шаси на роувъра. Той имаше дупки отдолу и трябваше да разшири някои от тях с бормашина, което улесни фиксирането на скобите на двигателя. Трябва да намерите нещо подобно или да направите такова, като използвате ламарина. Правоъгълните скоби на двигателя (или L скоби) имат по шест отвора за винтове. Цялата настройка не беше толкова здрава, тъй като дебелината на листа беше малка, но достатъчно, за да побере цялото тегло на батериите и всичко останало. Двигателите могат да бъдат прикрепени към скобите с помощта на гайките, доставени с двигателите с постоянен ток. Валът на двигателя има отвор с резба за закрепване на колелата.

Използвах мотори с редуктор DC с 300 оборота в минута с пластмасова скоростна кутия. Пластмасовите редуктори (зъбните колела са все още метални) са по -евтини от двигателите с редуктор Джонсън. Но те ще се износват по -бързо и нямат толкова голям въртящ момент. Предлагам ви да използвате двигатели с редуктор Johnson с обороти 500 или 600. 300 оборота не са достатъчни за добра скорост.

Всеки двигател трябва да бъде запоен с керамични кондензатори от 100 nF, за да се намалят контактните искри в двигателя. Това ще осигури по -добър живот на двигателите.

Стъпка 8: Боядисване на шасито

Боядисването е лесно с пулверизирани кутии. Използвах матово черно за цялото шаси. Трябва да почистите металното тяло с шкурка и да премахнете всички стари слоеве боя за по -добър завършек. Нанесете два слоя за дълъг живот.

Стъпка 9: Тестване и довършване

Бях много развълнуван да видя, че всичко работи безупречно, когато го тествах за първи път. Мисля, че за първи път се случи нещо подобно.

Използвах кутия за тифин, за да държа борда на водача вътре. Тъй като всичко е модулно, сглобяването е лесно. Антенният проводник на RF приемника беше свързан към антена от стоманен проводник извън шасито.

Всичко просто изглеждаше страхотно, когато беше сглобено, точно както очаквах.

Стъпка 10: Вижте го в действие

По -горе е, когато използвах ровъра, за да нося модул GPS + акселерометър за друг проект. На горната дъска са GPS, акселерометър, RF трансивър и домашно приготвен Arduino. Отдолу е таблото на водача на двигателя. Можете да видите как са поставени Pb-Acid батериите там. Там има достатъчно място за тях, въпреки че кутията с тифин е в средата.

Вижте ровъра в действие във видеото. Видеото е малко треперещо, докато го снимах с телефона си.

Стъпка 11: Подобрения

Както винаги казвам, винаги има място за подобрения. Това, което направих, е просто основен RC роувър. Той не е достатъчно мощен, за да носи тежести, да избягва препятствия и да не бърза. Обхватът на RF контролера е ограничен до около 100 метра в открито пространство. Трябва да се опитате да разрешите всички тези недостатъци, когато изграждате такъв; не го копирайте, освен ако не сте ограничени от наличността на части и инструменти. Ето някои от моите предложения за подобрение за вас.

• Използвайте двигатели на Johnson с метална скоростна кутия с 500 или 600 оборота в минута за по-добър баланс на въртящия момент. Те са наистина мощни и могат да изведат до 12 кг въртящ момент при 12V. Но ще ви трябва съвместим драйвер на двигателя и батерии за високи токове.
• Използвайте микроконтролер за PWM управление на двигателя. По този начин можете да контролирате скоростта на марсохода. Ще се нуждае от специален превключвател за контрол на скоростта в края на дистанционното управление.
• Използвайте по -добър и мощен чифт радиопредавател и приемник за увеличен работен обхват.
• Силно шаси, вероятно направено от алуминий, заедно с пружинни амортисьори.
• Въртяща се роботизирана платформа за закрепване на роботизирани ръце, камери и други неща. Може да се направи с помощта на серво в горната част на шасито.

Планирам да построя ровер с 6 колела с всички функции, споменати по -горе, и да се използва като платформа за марсоход с общо предназначение. Надявам се, че този проект ви е харесал и сте научили нещо. Благодаря за четенето:)