Cotxe RC reciclat: 23 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Els cotxes RC sempre han estat motiu d’il·lusió per a mi. Són ràpids, divertits i no us haureu de preocupar si els fracasseu. Tot i així, com a entusiasta de la RC més gran i madur, no se’m pot veure jugar amb cotxes RC petits i petits. He de tenir-ne de grans, de mida humana. Aquí és on sorgeix un problema: els cotxes RC adults són cars. Mentre navegava en línia, el més barat que vaig trobar costava 320 dòlars, sent la mitjana d’uns 800 dòlars. El meu ordinador és més barat que aquestes joguines.

Sabent que no em podia permetre aquestes joguines, el fabricant de mi va dir que podia fabricar cotxes per una desena part del preu. Així, vaig començar el meu viatge per convertir les escombraries en or

Subministraments

Les peces necessàries per al cotxe RC són les següents:

• Cotxe RC usat
• Controlador de motor L293D (formulari DIP)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Mòdul de ràdio
• RC Drone Battery (o qualsevol altra bateria de gran corrent)
• LM2596 Convertidors de dòlars (2)
• Filferros
• Perfboard
• Components diversos i diversos (passadors de capçalera, terminals de cargol, condensadors, etc.)

Les parts necessàries per al controlador RC són les següents:

• Controlador usat (ha de tenir 2 joysticks analògics)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Mòdul de ràdio
• Cables elèctrics

Pas 1: tresor reciclat

Aquest projecte va començar originalment fa aproximadament un any quan els meus amics i jo teníem previst fabricar un cotxe dirigit per ordinador per a un projecte de hackathon (competència de codificació). El meu pla era anar a una botiga de segona mà, comprar el cotxe RC més gran que pogués trobar, destripar el seu interior i substituir-lo per un ESP32.

En un moment de crisi, em vaig dirigir cap a Savers, vaig comprar un cotxe RC i em vaig preparar per al hackathon. Malauradament, moltes de les parts que necessitava no van arribar a temps, de manera que vaig haver de desfer el projecte completament.

Des de llavors, el cotxe RC ha estat recollint pols sota el meu llit, fins ara …

Descripció ràpida:

En aquest projecte, tornaré a utilitzar un cotxe de joguina usat i un controlador IR per crear el cotxe RC reciclat. Destriparé el seu interior, implantaré Arduino Nano i utilitzaré el mòdul de ràdio NRF24L01 + per comunicar-me entre els dos.

Pas 2: teoria

Comprendre com funciona alguna cosa és més important que saber fer-lo funcionar

- Kevin Yang 2020-05-17 (acabo de inventar-ho)

Dit això, comencem a parlar de la teoria i l'electrònica que hi ha darrere de l'Upcycled RC Car.

Pel que fa al cotxe, utilitzarem un NRF24L01 +, un Arduino Nano, un controlador de motor L293D, els motors del cotxe RC i dos convertidors buck. Un convertidor de subministrament subministrarà la tensió de conducció del motor, mentre que l’altre subministrarà 5V per a l’Arduino Nano.

Al costat del controlador, utilitzarem un NRF24L01 +, un Arduino Nano i els joysticks analògics del controlador reutilitzat.

Pas 3: el NRF24L01 +

Abans de començar, probablement hauria d’explicar l’elefant a l’habitació: el NRF24L01 +. Si no coneixeu el nom, el NRF24 és un xip produït per Nordic Semiconductors. És molt popular a la comunitat de fabricants de comunicacions per ràdio a causa del seu baix preu, la seva petita mida i la documentació ben escrita.

Llavors, com funciona el mòdul NRF? Bé, per començar, el NRF24L01 + funciona amb una freqüència de 2,4 GHz. Aquesta és la mateixa freqüència que funcionen amb Bluetooth i Wifi (amb lleugeres variacions). El xip es comunica entre un Arduino mitjançant SPI, un protocol de comunicació de quatre pins. Per alimentar-se, el NRF24 utilitza 3,3V, però els pins també són tolerants a 5V. Això ens permet utilitzar un Arduino Nano, que utilitza lògica de 5V, amb el NRF24, que utilitza lògica de 3,3V. Algunes altres característiques són les següents.

Funcions destacades:

• Funciona amb l’amplada de banda de 2,4 GHz
• Rang de tensió d'alimentació: 1,6 - 3,6V
• 5V Tolerant
• Utilitza la comunicació SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Ocupa 5 pins (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Molt important en aquest projecte!)
• Mode de repòs
• Consumeix 900nA - 12mA
• Abast de transmissió: ~ 100 metres (variarà segons la ubicació geogràfica)
• Cost: 1,20 dòlars per mòdul (Amazon)

Si voleu obtenir més informació sobre el NRF24L01 +, consulteu la secció Lectures addicionals al final

Pas 4: el L293D: controlador de motor de pont H doble

Tot i que l'Arduino Nano pot subministrar prou corrent per alimentar un LED, no hi ha manera que el Nano pugui alimentar un motor per si mateix. Per tant, hem d’utilitzar un controlador especial per controlar el motor. A més de poder subministrar el corrent, el xip del controlador també protegirà l'Arduino de les pujades de tensió que es derivin de l'encesa i apagada del motor.

Introduïu el L293D, un controlador de motor quàdruple de mig pont H o, en termes simples, un xip que pot accionar dos motors cap endavant i cap enrere.

El L293D es basa en ponts H per controlar tant la velocitat d’un motor com la direcció. Una altra característica és l'aïllament de la font d'alimentació, que permet a Arduino sortir d'una font d'alimentació independent dels motors.

Pas 5: destripar el cotxe

Prou teoria i comencem a construir.

Com que el cotxe RC no ve amb un controlador (recordeu-ho d’una botiga de segona mà), l’electrònica interior és bàsicament inútil. Així, vaig obrir el cotxe RC i vaig llançar la placa del controlador a la paperera.

Ara és important prendre algunes notes abans de començar. Una cosa que cal notar és la tensió d’alimentació del cotxe RC. El cotxe que vaig comprar és molt antic, molt abans que les bateries basades en liti fossin corrents. Això vol dir que aquest cotxe RC estava apagat amb una bateria Ni-Mh amb una tensió nominal de 9,6 volts. Això és important, ja que serà el voltatge al qual conduirem els motors.

Pas 6: Com funciona el cotxe?

Puc dir amb un 99% de certesa que el meu cotxe no és el mateix que el vostre, és a dir, aquesta secció és essencialment inútil. Tot i això, és important assenyalar algunes de les característiques que té el meu cotxe, ja que en basaré el disseny en això.

Direcció

A diferència dels cotxes RC moderns, el cotxe que estic modificant no utilitza un servo per girar. En canvi, el meu cotxe utilitza un motor raspallat bàsic i molles. Això té molts inconvenients, sobretot perquè no tinc la possibilitat de fer girs fins. Tanmateix, un avantatge immediat és que no necessito cap interfície de control complicada per activar. Tot el que he de fer és activar el motor amb una certa polaritat (depenent de quina manera vulgui girar).

Eix diferencial

Sorprenentment, el meu cotxe RC també conté un eix diferencial i dos modes de marxa diferents. Això és molt divertit, ja que els diferencials solen trobar-se en cotxes de la vida real, no en vehicles RC petits. Jo pensaria que abans que aquest cotxe estigués a les prestatgeries d’una botiga de segona mà, era un model RC de gamma alta.

Pas 7: el problema del poder

Amb les funcions fora del camí, ara hem de parlar de la part més important d’aquesta versió: com alimentarem el cotxe RC? I per ser més específics: quanta corrent es necessita per accionar els motors?

Per respondre a això, vaig connectar una bateria de dron a un convertidor Buck, on vaig deixar caure l’11V de la bateria als 9,6V dels motors. A partir d’aquí, vaig configurar el multímetre en mode de corrent 10A i vaig completar el circuit. El meu comptador va llegir que els motors necessitaven 300 mA de corrent per girar en aire lliure.

Tot i que això pot no semblar massa, la mesura que realment ens importa és el corrent de parada dels motors. Per mesurar-ho, vaig posar les mans sobre les rodes per evitar que giressin. Quan vaig mirar el meu comptador, mostrava un sòlid 1A.

Sabent que els motors de tracció dibuixaran aproximadament un amplificador, vaig procedir a provar els motors de direcció que treien 500 mA quan estaven aturats. Amb aquest coneixement, vaig arribar a la conclusió que puc apagar tot el sistema d’una bateria de dron RC i dos convertidors de buck LM2596 *.

* Per què els controladors de dos dòlars? Bé, cada LM2596 té un corrent màxim de 3A. Si apagava tot el convertidor d’un dòlar, anava a treure molta corrent i, per tant, tindria pujades de tensió força grans. Pel disseny, la força Arduino Nano descansa cada vegada que hi ha un augment de tensió gran. Per tant, he utilitzat dos convertidors per alleugerir la càrrega i mantenir el Nano aïllat dels motors.

Un darrer component important que necessitem és un provador de tensió de la cèl·lula Li-Po. El propòsit d’aconseguir-ho és protegir la bateria de la sobrecàrrega per evitar arruïnar la vida de la bateria (manteniu sempre el voltatge de la cèl·lula d’una bateria basada en liti per sobre de 3,5 V).

Pas 8: Circuit de cotxes RC

Amb el problema d'energia, ja podem construir el circuit. A la part superior es mostra l’esquema que vaig fer per al cotxe RC.

Tingueu en compte que no he inclòs la connexió del voltímetre de la bateria. Per utilitzar el voltímetre, només cal que connecteu el connector d’equilibri als respectius pins del voltímetre. Si no ho heu fet mai, feu clic al vídeo enllaçat a la secció Lectures addicionals per obtenir més informació.

Notes sobre el circuit

Els pins d’activació (1, 9) del L293D requereixen que el senyal PWM tingui una velocitat variable. Això significa que només es poden connectar uns quants pins de l'Arduino Nano. Per a la resta de pins del L293D, tot funciona.

Com que el NRF24L01 + es comunica per SPI, hem de connectar els seus pins SPI als pins SPI de l’Arduino Nano (per tant, connecteu MOSI -> MOSI, MISO -> MISO i SCK -> SCK). També és important notar que he connectat el pin IRQ del NRF24 al pin 2 de l’Arduino Nano. Això es deu al fet que el pin IRQ baixa en cada ocasió que el NR24 rep un missatge. Sabent això, puc provocar una interrupció per dir al Nano que llegeixi la ràdio. Això permet al Nano fer altres coses mentre espera noves dades.

Pas 9: PCB

Com que vull convertir-ho en un disseny modular, vaig crear un PCB amb placa perf i molts pins de capçalera.

Pas 10: connexions finals

Amb el PCB fet i el cotxe RC destripat, he utilitzat cables de cocodril per provar si tot funciona.

Després de provar que totes les connexions són correctes, vaig substituir els cables de cocodril per cables reals i vaig fixar tots els components al xassís.

En aquest punt, és possible que us hàgiu adonat que aquest article no és una guia pas a pas. Això és degut a que és impossible escriure tots els passos, de manera que els propers passos d’Instruccions seré jo compartint alguns consells que vaig aprendre mentre feia el cotxe.

Pas 11: Consell 1: Col·locació del mòdul de ràdio

Per augmentar l’abast del cotxe RC, vaig col·locar el mòdul de ràdio NRF el més lluny possible. Això es deu al fet que les ones de ràdio es reflecteixen en metalls com PCB i cables, per tant, redueixen l'abast. Per solucionar-ho, he posat el mòdul al costat mateix del PCB i he tallat una escletxa a la carcassa del cotxe per deixar-lo sortir.

Pas 12: Consell 2: Mantingueu-lo modular

Una altra cosa que vaig fer que em va salvar algunes vegades va ser connectar-ho tot a través de pins de capçalera i blocs de terminals. Això permet canviar fàcilment les peces si es frega un dels components (per qualsevol motiu …).

Pas 13: Consell 3: utilitzeu dissipadors de calor

Els motors del meu cotxe RC empenyen el L293D fins als seus límits. Tot i que el conductor del motor pot suportar fins a 600 mA contínuament, també significa que fa molta calor i rapidesa. Per això, és una bona idea afegir una mica de pasta tèrmica i dissipadors de calor per evitar que el L293D es cuini. Tanmateix, fins i tot amb els dissipadors de calor, el xip encara pot arribar a ser massa calent per tocar-lo. Per això, és una bona idea deixar refredar el cotxe després de 2-3 minuts de joc.

Pas 14: temps del controlador RC

Amb el cotxe RC fet, podem començar a fabricar el controlador.

Igual que el cotxe RC, també vaig comprar el controlador una estona enrere pensant que podia fer alguna cosa amb ell. Irònicament, el controlador és realment un IR, de manera que utilitza LEDs IR per comunicar-se entre dispositius.

La idea bàsica d’aquesta compilació és mantenir la placa original dins del controlador i construir l’Arduino i el NRF24L01 + al seu voltant.

Pas 15: Conceptes bàsics sobre el joystick analògic

Connectar-se a un joystick analògic pot resultar descoratjador sobretot perquè no hi ha cap placa de sortida per als pins. No et preocupis! Tots els joysticks analògics funcionen sobre el mateix principi rector i solen tenir el mateix pinout.

Bàsicament, els joysticks analògics són només dos potenciòmetres que canvien la resistència quan es mouen en direccions diferents. Per exemple, quan moveu el joystick cap a la dreta, el potenciòmetre de l'eix X canvia de valor. Ara, quan moveu el joystick cap endavant, el potenciòmetre de l’eix y canvia de valor.

Tenint això en compte, si observem la part inferior del joystick analògic, veiem 6 pins, 3 per al potenciòmetre de l’eix x i 3 per al potenciòmetre de l’eix y. Tot el que heu de fer és connectar 5V i terra als pins externs i connectar el pin central a una entrada analògica de l’Arduino.

Tingueu en compte que els valors del potenciòmetre es maparan a 1024 i no a 512. Això significa que hem d’utilitzar la funció incorporada map () a Arduino per controlar qualsevol sortida digital (com el senyal PWM que estem utilitzant per controlar el L293D). Això ja es fa al codi, però si teniu previst escriure el vostre propi programa, heu de tenir-ho en compte.

Pas 16: connexions del controlador

Les connexions entre el NRF24 i el Nano segueixen sent les mateixes per al controlador, però menys la connexió IRQ.

El circuit del controlador es mostra a la part superior.

Modificar un controlador és definitivament una forma d’art. Ja he assenyalat aquest punt innombrables vegades, però simplement no és possible escriure un pas a pas com fer-ho. Així, com el que vaig fer anteriorment, donaré alguns consells sobre el que vaig aprendre mentre feia el controlador.

Pas 17: Consell 1: utilitzeu les peces a la vostra disposició

L’espai és molt reduït al controlador, per tant, si voleu incloure qualsevol altra entrada per al cotxe, utilitzeu els interruptors i els comandaments que ja hi són. Per al meu controlador, també he connectat un potenciòmetre i un commutador de tres vies al Nano.

Una altra cosa que cal tenir en compte és que aquest és el vostre controlador. Si els pinouts no s'adapten a la vostra fantasia, sempre podeu reordenar-los.

Pas 18: Consell 2: elimineu les traces innecessàries

Com que estem fent servir el tauler original, hauríeu de raspar tots els rastres que van als joysticks analògics i a qualsevol altre sensor que utilitzeu. En fer-ho, evitarà que es produeixi un comportament inesperat del sensor.

Per fer aquests talls, simplement he utilitzat un tallador de caixes i he marcat el PCB unes quantes vegades per separar realment les traces.

Pas 19: Consell 3: Mantingueu els cables curts com puguin ser

Aquest consell parla específicament de les línies SPI entre el mòdul Arduino i el NRF24, però això també és vàlid amb les altres connexions. El NRF24L01 + és extremadament sensible a les interferències, de manera que si els cables detecten soroll, corromprà les dades. Aquest és un dels principals inconvenients de la comunicació SPI. De la mateixa manera, mantenint els cables tan curts com sigui possible, també feu que el controlador siga més net i organitzat.

Pas 20: consell 4: ubicació. Col·locació Col·locació

A més de mantenir els cables el més curts possibles, això també significa mantenir la distància entre les parts el més curta possible.

Quan busqueu llocs on muntar el NRF24 i l’Arduino, recordeu-los de mantenir-los el més a prop possible entre ells i els joysticks.

Una altra cosa a tenir en compte és on posar el mòdul NRF24. Com s'ha dit anteriorment, les ones de ràdio no poden passar pel metall, per tant, heu de muntar el mòdul a prop del lateral del controlador. Per fer-ho, vaig tallar una petita escletxa amb un Dremel per deixar que el NRF24 s’enganxés del costat.

Pas 21: Codi

Probablement la part més important d’aquesta compilació sigui el codi real. He inclòs comentaris i tot, així que no explicaré cada programa línia per línia.

Dit això, algunes coses importants que vull assenyalar és que haureu de descarregar la biblioteca NRF24 per executar els programes. Si encara no teniu les biblioteques instal·lades, us suggerim que consulteu els tutorials enllaçats a la secció de Lectures addicionals per saber com fer-ho. A més, quan envieu senyals al L293D, no enceneu mai els passadors de direcció. Això provocarà un curtcircuit del conductor del motor i provocarà que es cremi.

Github-

Pas 22: producte final

Finalment, després d’un any recollint pols i tres setmanes de treball manual, per fi he acabat de fabricar el cotxe RC Upcycled. Tot i que ho he de reconèixer, no és en cap lloc tan potent com els cotxes que es van veure a la introducció, va sortir molt millor del que pensava. El cotxe pot conduir durant uns 40 minuts abans d’esgotar-se la potència i pot anar fins a 150 m del controlador.

Algunes coses que definitivament faria per millorar el cotxe són canviar el L293D pel L298, un conductor de motor més gran i potent. Una altra cosa que faria seria canviar el mòdul de ràdio NRF per defecte per la versió d'antena amplificada. Aquestes modificacions augmentarien el parell i l’abast del cotxe respectivament.

Pas 23: lectures addicionals:

NRF24L01 +

• Full de dades de semiconductors nòrdics
• Comunicació SPI (article)
• Configuració bàsica (vídeo)
• Tutorial en profunditat (article)
• Trucs i consells avançats (Sèrie de vídeos)

L293D

• Full de dades de Texas Instruments
• Tutorial en profunditat (article)