Maverick: cotxe de comunicació bidireccional amb control remot: 17 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Hola a tots, sóc Razvan i benvinguts al meu projecte "Maverick".

Sempre m’han agradat les coses controlades a distància, però mai he tingut un cotxe RC. Així que vaig decidir construir-ne un que pugui fer una mica més que simplement moure’s. Per a aquest projecte utilitzarem algunes parts accessibles a tothom que tingui una botiga electrònica a prop o pugui comprar coses a Internet.

Actualment estic a bord d’un vaixell i no tinc accés a diferents tipus de materials i eines, de manera que aquest projecte no inclourà cap impressora 3D, CNC ni cap dispositiu de luxe (fins i tot crec que serà molt útil, però no tenir accés a aquest equip), es farà amb eines molt més senzilles disponibles. Aquest projecte vol ser fàcil i divertit.

Com funciona?

Maverick és un cotxe de RC que utilitza el mòdul LRF24L01 per enviar i rebre dades des del control remot i cap al mateix.

Pot mesurar la temperatura i la humitat de la seva àrea i enviar les dades al control remot perquè es mostrin en un gràfic. També pot mesurar la distància als objectes i obstacles que envolten, enviant la informació del rang que es mostrarà.

En prémer un botó, també pot ser autònom i, en aquest mode, evitarà obstacles i decidirà anar segons la mesura del sensor d'ultrasons.

Així que anem a construir.

Pas 1: parts necessàries per al control remot

- Controlador Arduino Micro (he utilitzat un Arduino Uno per al meu controlador);

- Transceptor de ràdio NRF24L01 (s'utilitzarà per a la comunicació bidireccional entre el cotxe i el comandament a distància)

- Tower Pro Micro Servo 9g SG90 (utilitzat per mostrar les dades del vehicle, permetrà a l’operador visualitzar els paràmetres mesurats pels sensors del cotxe en un gràfic);

- Joystick (per al control del vehicle o el control del servo del vehicle);

- Dos colors LED diferents (he triat el vermell i el verd per indicar els modes operatius);

- Condensadors de 10 microf;

- 2 polsadors (per a la selecció dels modes operatius);

- Diverses resistències;

- Taula de pa;

- Connexió de cables;

- Clip de paper (com a agulla del gràfic);

- Caixa de sabates de cartró (per al marc)

- Bandes de goma

Pas 2: part necessària per al Maverick

- Microcontrolador Arduino (he utilitzat i Arduino Nano);

- Transceptor de ràdio NRF24L01 (s'utilitzarà per a la comunicació sense fils bidireccional entre el cotxe i el control remot);

- Controlador del motor L298 (el mòdul realment accionarà els motors elèctrics del cotxe);

- Sensor DHT11 (sensor de temperatura i humitat);

- 2 x motors elèctrics amb engranatges i rodes;

- Sensor d'ultrasons HC-SR04 (sensor que us permetrà detectar objectes al voltant i evitar obstacles);

- Tower Pro Micro Servo 9g SG90 (permetrà l'orientació del sensor d'ultrasons perquè pugui mesurar l'abast en diferents direccions);

- LED blanc (per a la il·luminació he utilitzat un sensor de color antic que està cremat, però els LED segueixen funcionant);

- 10 condensadors microF;

- Taula de pa;

- Connexió de cables;

- Tauler de clip A4 com a bastidor del vehicle;

- Algunes rodes d'una antiga impressora;

- Cinta doble lateral;

Tancaments de carpetes per assegurar els motors al marc;

- Bandes de goma

Eines utilitzades:

- Alicates

- Tornavís

- Cinta doble

- Bandes de goma

- Cortador

Pas 3: pocs detalls sobre alguns dels materials:

Mòdul L298:

Els pins Arduino no es poden connectar directament als motors elèctrics perquè el microcontrolador no pot fer front als amplificadors requerits pels motors. Per tant, hem de connectar els motors a un controlador de motor que serà controlat pel microcontrolador Arduino.

Haurem de ser capaços de controlar els dos motors elèctrics que mouen el cotxe en ambdues direccions, de manera que el cotxe pugui avançar i retrocedir i també poder dirigir.

Per fer tot això, necessitarem un pont H que en realitat és una matriu de transistors que permet controlar el flux de corrent als motors. El mòdul L298 és només això.

Aquest mòdul també ens permet operar els motors a diferents velocitats mitjançant els pins ENA i ENB amb dos pins PWM d’Arduino, però per a aquest projecte, per tal d’estalviar dos pins PWM, no controlarem la velocitat dels motors, només la direcció els ponts dels passadors ENA i ENB es mantindran al seu lloc.

Mòdul NRF24L01:

Es tracta d’un transceptor d’ús habitual que permet la comunicació sense fils entre el cotxe i el comandament a distància. Utilitza la banda de 2,4 GHz i pot funcionar amb velocitats de transmissió des de 250 kbps fins a 2 Mbps. Si s’utilitza en espais oberts i amb una velocitat de transmissió inferior, el seu abast pot arribar fins als 100 metres, cosa que el fa perfecte per a aquest projecte.

El mòdul és compatible amb el microcontrolador Arduino, però heu de tenir cura de subministrar-lo a partir de pin de 3,3 V, no de 5 V, en cas contrari, podreu fer malbé el mòdul.

Sensor DHT 11:

Aquest mòdul és un sensor molt barat i fàcil d’utilitzar. Proporciona lectures digitals de temperatura i humitat, però necessitareu una biblioteca Arduino IDE per utilitzar-la. Utilitza un sensor d’humitat capacitiu i un termistor per mesurar l’aire circumdant i envia un senyal digital al pin de dades.

Pas 4: Configuració de les connexions per a Maverick

Connexions Maverick:

Mòdul NRF24L01 (pins)

VCC - Arduino Nano 3V3

GND - Arduino Nano GND

CS - Arduino Nano D8

CE - Arduino Nano D7

MOSI - Arduino Nano D11

SCK- Arduino Nano D13

MISO - Arduino Nano D12

IRQ No s'utilitza

Mòdul L298N (pins)

IN1 - Arduino Nano D5

IN2 - Arduino Nano D4

IN3 - Arduino Nano D3

IN4 - Arduino Nano D2

ENA - té un pont al seu lloc -

ENB - té un pont al seu lloc -

DHT11

Carril VCC 5V de la placa

GND GND rail del tauler

S D6

Sensor d'ultrasons HC-SR04

Carril VCC 5V de la placa

GND GND rail de la placa

Trig - Arduino Nano A1

Eco - Arduino Nano A2

Tower Pro Micro Servo 9g SG90

GND (filferro de color marró) GND rail de la placa

Carril VCC (fil de color vermell) de 5V de la placa

Senyal (fil de color taronja): Arduino Nano D10

Llum LED - Arduino Nano A0

Taula de pa

5V Rail - Arduino Nano 5V

Ferrocarril GND - Arduino Nano GND

Inicialment, he inserit l’Arduino Nano a la taula de treball, amb la connexió USB a l’exterior per facilitar-ne l’accés més endavant.

- Pin d'Arduino Nano de 5V al carril de 5V de la placa

-Arduino Nano GND passador al carril GND de la placa

Mòdul NRF24L01

- El GND del mòdul es dirigeix al GND del rail del panell

- VCC va al pin Arduino Nano 3V3. Aneu amb compte de no connectar el VCC al 5V de la placa, ja que arrisqueu a destruir el mòdul NRF24L01

- El pin CSN va a l'Arduino Nano D8;

- El pin CE va a l'Arduino Nano D7;

- El pin SCK va a l'Arduino Nano D13;

- El pin MOSI va a l'Arduino Nano D11;

- El pin MISO va a l'Arduino Nano D12;

- El pin IRQ no estarà connectat. Aneu amb compte si utilitzeu una placa diferent a Arduino Nano o Arduino Uno, els pins SCK, MOSI i MISO seran diferents.

- També he connectat un condensador de 10µF entre el VCC i el GND del mòdul per no tenir problemes amb l’alimentació del mòdul. Això no és obligatori si utilitzeu el mòdul a una potència mínima, però com he llegit a Internet, molts projectes han tingut problemes amb això.

- També haureu de descarregar la biblioteca RF24 d’aquest mòdul. El podeu trobar al següent lloc:

Mòdul L298N

- Per als pins ENA i ENB, vaig deixar connectats els ponts perquè no necessito controlar la velocitat dels motors, per tal d’estalviar dos pins digitals PWM a l’Arduino Nano. Així doncs, en aquest projecte els motors funcionaran sempre a tota velocitat, però al final les rodes no giraran a velocitat a causa de l’engranatge dels motors.

- El pin IN1 va a l'Arduino Nano D5;

- El pin IN2 va a l'Arduino Nano D4;

- El pin IN3 va a l'Arduino Nano D3;

- El pin IN4 va a l'Arduino Nano D2;

- El + de la bateria anirà a la ranura de 12V;

- El - de la bateria anirà a la ranura GND i al carril GND de la taula de suport;

- Si utilitzeu una bateria potent (12V com a màxim) podeu subministrar l'Arduino Nano des de la ranura de 5V fins al pin Vin, però només tinc bateries de 9V, de manera que n'he fet servir només per als motors i una per alimentar l'Arduino Nano i els sensors.

- Els dos motors es connectaran a les ranures de la dreta i de l’esquerra del mòdul. Al principi no importa com els connectareu, es pot ajustar més endavant des del codi Arduino o només canviant els cables entre ells quan provarem el vehicle.

Mòdul DHT11

Els passadors del mòdul s’adapten perfectament a la taula de treball. Així, el pin passa al carril GND.

- El pin del senyal va a Arduino Nano D6;

- El passador VCC va al rail de 5V.

Mòdul de sensor ultrasònic HC-SR04

- El passador VCC va al carril de 5V de la placa de treball;

- El passador GND al carril GND de la taula de treball;

- El pin Trig a l'Arduino Nano A1;

- El pin Echo a l'Arduino Nano A2;

- El mòdul d'ultrasons s'adherirà al servomotor amb doble cinta adhesiva o amb algunes bandes de goma per poder mesurar distàncies en diferents angles respecte a la direcció longitudinal del vehicle. Això serà útil quan en mode autònom el vehicle mesurarà la distància a la dreta que a l’esquerra i ell decidirà cap a on girar. També podreu controlar el servo per trobar les diferents distàncies a diferents direccions des del vehicle.

Tower Pro Micro Servo 9g SG90

- El filferro marró al carril GND de la placa

- El cable vermell al carril de 5V de la placa

- El cable taronja a l'Arduino Nano D10;

LED

- El LED es subministrarà des del pin A0. He utilitzat un sensor de color antic que està cremat, però els LED segueixen funcionant i estar 4 d’ells a la pissarra són perfectes per il·luminar la forma del vehicle. Si només utilitzeu un LED, hauríeu d'utilitzar una resistència de 330Ω de sèrie amb el LED per no cremar-lo.

Enhorabona per les connexions del vehicle fetes.

Pas 5: connexions remotes de Maverick:

Mòdul NRF24L01 (pins)

VCC - Arduino Uno pin 3V3

GND - Arduino Uno pin GND

CS - Arduino Uno pin D8

CE - Pin Arduino Uno D7

MOSI - Arduino Uno pin D11

SCK - Arduino Uno pin D13

MISO - Arduino Uno pin D12

IRQ No s'utilitza

Palanca de control

GND GND rail del tauler

Carril VCC 5V de la placa

VRX - Arduino Uno pin A3

VRY - Arduino Uno pin A2

Tower Pro Micro Servo 9g SG90

GND (filferro de color marró) Carril GND de la placa

Carril VCC (fil de color vermell) de 5V de la placa

Senyal (fil de color taronja): pin D6 d'Arduino Uno

LED vermell - Arduino Uno pin D4

LED verd - Arduino Uno pin D5

Polsador autònom: pin D2 d'Arduino Uno

Botó de gamma: pin D3 d'Arduino Uno

Taula de pa

5V Rail - Arduino Uno pin 5V

GND Rail - Arduino Uno pin GND

Com que estic fent servir per al controlador un Arduino Uno, he connectat l’Uno a una placa amb algunes gomes per no moure’s.

- Arduino Uno serà subministrat per una bateria de 9V mitjançant el connector;

- Pin d'Arduino Uno de 5V al carril de 5V de la placa;

- Pin d'Arduino Uno GND al carril GND de la placa;

Mòdul NRF24L01

- El GND del mòdul es dirigeix al GND del rail del panell

- VCC va al pin Arduino Uno 3V3. Aneu amb compte de no connectar el VCC al 5V de la placa, ja que arrisqueu a destruir el mòdul NRF24L01

- El pin CSN va a l'Arduino Uno D8;

- El pin CE va a l'Arduino Uno D7;

- El pin SCK va a l’Arduino Uno D13;

- El pin MOSI va a l'Arduino Uno D11;

- El passador MISO va a l’Arduino Uno D12;

- El pin IRQ no estarà connectat. Aneu amb compte si utilitzeu una placa diferent a Arduino Nano o Arduino Uno, els pins SCK, MOSI i MISO seran diferents.

- També he connectat un condensador de 10µF entre el VCC i el GND del mòdul per no tenir problemes amb l’alimentació del mòdul. Això no és obligatori si utilitzeu el mòdul a una potència mínima, però com he llegit a Internet, molts projectes han tingut problemes amb això.

Mòdul Joystick

- El mòdul joystick consta de 2 potenciòmetres, de manera que és molt similar a les connexions;

- Passador GND al carril GND de la placa;

- Clavilla VCC al carril de 5V de la placa;

- Pin VRX al pin Arduino Uno A3;

- Pin VRY al pin Arduino Uno A2;

Tower Pro Micro Servo 9g SG90

- El cable marró al carril GND de la placa

- El cable vermell al carril de 5V de la placa

- El cable taronja a l'Arduino Uno D6;

LED

- El LED vermell es connectarà en sèrie amb una resistència de 330Ω al pin D4 d’Arduino Uno;

- El LED verd es connectarà en sèrie amb una resistència de 330Ω al pin D5 d’Arduino Uno;

Botons de pressió

- Els polsadors s’utilitzaran per seleccionar el mode de funcionament del vehicle;

- El polsador autònom es connectarà al pin D2 de l’Arduino Uno. El botó s'ha de tirar cap avall amb una resistència d'1k o 10k; el valor no és important.

- El polsador de gamma estarà connectat al pin D3 de l'Arduino Uno. Igual que el botó s'hauria de tirar cap avall amb una resistència d'1k o 10k.

És això, ara hem connectat totes les parts elèctriques.

Pas 6: Construir el marc del control remot

El marc del comandament a distància es realitza realment a partir d’una caixa de sabates de cartró. Per descomptat, altres materials funcionaran millor, però en el meu cas els materials que puc utilitzar són limitats. Així que he utilitzat una caixa de cartró.

Primer he tallat els costats exteriors de la coberta i he obtingut tres parts com a la imatge.

A continuació, vaig agafar les dues peces més petites i les he enganxat amb cinta doble.

La tercera part més llarga apareixerà perpendicular sobre elles formant un marc en forma de "T".

La part superior (horitzontal) s'utilitzarà per al gràfic i la part inferior (vertical) s'utilitzarà per als components elèctrics, de manera que tot s'enganxi. Quan farem el gràfic retallarem la part superior per adaptar-la al paper mil·limetrat.

Pas 7: creació del gràfic per al control remot

Per descomptat, en aquest pas estarà bé que tingueu un LCD (16, 2) perquè es mostrin les dades proporcionades pel vehicle. Però en el meu cas no en tinc, de manera que vaig haver de trobar una altra manera de mostrar les dades.

Vaig decidir fer un petit gràfic amb agulla d’un servomotor, un clip de paper (que s’utilitza com a agulla) que indicarà els valors mesurats pels sensors del vehicle i un full de traçat del radar, o bé podeu utilitzar un paper mil·limetrat polar es pot descarregar des d'Internet).

Els paràmetres mesurats pels sensors es convertiran en graus per al servomotor. Com que el servomotor no és de la millor qualitat, he restringit el seu moviment de 20 ° a 160 ° (20 ° significa 0 valor del paràmetre mesurat i 160 ° és el valor màxim del paràmetre que es pot mostrar, per exemple, 140 cm).

Tot això es pot ajustar des del codi Arduino.

Per al gràfic he utilitzat un full de dibuix de radar, que he tallat per la meitat després de modificar-lo una mica amb l’eina bàsica de Windows Paint and Snipping Tool.

Després de modificar el full de traçat del radar perquè s’adapti al comandament a distància, he dibuixat les línies que connecten el centre del full de traçat amb el cercle exterior per facilitar les lectures.

L'eix de gir del servomotor ha d'estar alineat amb el centre de la làmina de traçat.

He estirat i modificat el clip per adaptar-lo al braç del servomotor.

Llavors, el més important és "calibrar" el gràfic. Per tant, per a diferents valors dels paràmetres mesurats, l'agulla del gràfic ha de mostrar el valor de l'angle correcte. He fet això per canviar el comandament a distància i el Maverick ON, i mesurar diferents distàncies amb el sensor d'ultrasons mentre prenia els valors del monitor sèrie per assegurar-me que el gràfic que apunta és correcte. Després d’unes poques posicions del servo i pocs doblegaments de l’agulla, el gràfic mostrava els valors mesurats dels paràmetres adequats.

Després que tot estigui unit al marc en forma de "T", he imprès i enganxat amb doble cinta el diagrama de flux de selecció de mode per no confondre'm amb quin paràmetre mostra el gràfic.

Finalment, es fa el control remot.

Pas 8: construcció del xassís Maverick

Primer de tot, he de donar un gran agraïment al meu bon amic Vlado Jovanovic per dedicar temps i esforç a construir el xassís, la carrosseria i tot el disseny del quadre del Maverick.

El xassís està format per un portapapers de cartró, que s’ha tallat en forma octogonal cap endavant amb molt d’esforç utilitzant un tallador l’únic que hi ha disponible al voltant. La forma octogonal albergarà les parts electròniques. El suport del porta-retalls es va utilitzar com a suport per a les rodes posteriors.

Després de tallar el tauler, es va cobrir amb una cinta platejada (anti splash tape) per donar-li un aspecte més agradable.

Els dos motors es van connectar com a les imatges mitjançant cinta doble i tancaments de carpeta modificats. S'han perforat dos forats a cada costat del xassís per permetre el pas dels cables dels motors per arribar al mòdul L298N.

Pas 9: construcció de taulers laterals del marc

Com s'ha esmentat abans, tota la carcassa exterior del Maverick està feta de cartró. Els panells laterals es van tallar amb un tallador, es van mesurar i es van dissenyar per adaptar-se al xassís.

S’han aplicat algunes característiques de disseny per tenir un aspecte millor i es va reblar una malla de filferro a la part interior dels panells per obtenir un tipus de tanc semblant.

Pas 10: Construir els suports frontal i posterior del marc

Els suports davanters i posteriors tenen com a finalitat assegurar els panells laterals davant i darrere del cotxe. El suport frontal també té la finalitat d’adaptar la llum (en el meu cas, el sensor de color trencat).

Les dimensions dels suports frontal i posterior es poden trobar a les imatges adjuntes, juntament amb les plantilles de com tallar el suport i on i quins costats doblar i posteriorment enganxar.

Pas 11: Construir la coberta superior del marc

La coberta superior ha d’incloure tot el que hi ha a l’interior i, per obtenir un millor disseny, he fet algunes línies a la part de popa de manera que es pugui veure l’electrònica a l’interior del cotxe. També es fa la coberta superior perquè es pugui treure per substituir les bateries.

Tota la peça s’ha unit entre si amb cargols i femelles com a la imatge.

Pas 12: Muntatge del marc del cos

Pas 13: muntatge dels motors al xassís

Els dos motors es van connectar com a les imatges mitjançant cinta doble i tancaments de carpeta modificats. S'han perforat dos forats a cada costat del xassís per permetre el pas dels cables dels motors per arribar al mòdul L298N.

Pas 14: muntatge de l'electrònica al xassís

Com a font d'alimentació, vaig utilitzar dues bateries de 9V com la més adequada un cop disponible. Però per encabir-les al xassís vaig haver de fabricar un suport per a bateries que mantingués les bateries al seu lloc mentre el cotxe es mogués i que també fos fàcil de treure en cas que fos necessari substituir les bateries. Per tant, he tornat a fabricar un suport de bateria de cartró i l’he lligat al xassís amb un tancament de carpeta modificat.

El mòdul L298N es va instal·lar mitjançant 4 separadors.

La placa de pa es va fixar al xassís mitjançant cinta doble.

El sensor d'ultrasons es va connectar als servomotors mitjançant cinta doble i algunes gomes.

Ara bé, tots els components electrònics estan al seu lloc.

Pas 15: ajustar el marc del cos al xassís

Pas 16: Com operar el Maverick

Maverick es pot operar en 4 modes i això ho indicaran els dos LED del comandament a distància (vermell i verd).

1. Control manual (humitat). Inicialment, quan el vehicle està engegat, estarà en control manual. Això significa que Maverick es controlarà manualment des del control remot amb l'ajut del joystick. Els dos LED s’apagaran al comandament a distància, cosa que indica que estem en mode manual. El valor que es mostra al gràfic del control remot serà la HUMITAT de l’aire al voltant de Maverick.

2. Control manual (temperatura). Quan el Led verd i el Led vermell estan activats. Això significa que Maverick es controlarà manualment des del control remot amb l'ajut del joystick. En aquest mode també la llum s’encendrà. El valor que es mostra al gràfic del control remot serà la TEMPERATURA de l’aire al voltant de Maverick en graus C.

3. Mode autònom. Quan es prem el polsador automàtic, el LED vermell s’encén indicant el mode autònom. En aquest mode, Maverick comença a moure's tot sol evitant obstacles i decidint cap a on girar segons la informació rebuda del sensor d'ultrasons. En aquest mode, el valor que es mostra al gràfic del control remot serà la distància mesurada mentre es mou.

4. Mode de mesura de rang. Quan es prem el botó Range, el LED verd s'encén indicant que Maverick està en mode Range. Ara el Maverick no es mourà. Ara el joystick controlarà el servomotor connectat al sensor d’ultrasons. Per mesurar l'abast del vehicle fins als diferents objectes que l'envolten, només cal moure el joystick i dirigir el sensor d'ultrasons cap a l'objecte. El valor de la distància cap a l'objecte es mostrarà al gràfic del comandament a distància en cm.

Per engegar i apagar la llum LED del Maverick, heu de tenir els dos LED del comandament a distància encès (per a la llum activada) o apagats (per a la llum apagada).

Pas 17: Codi Arduino

Podeu trobar els codis del comandament a distància i de Maverick adjunts.

Això és tot per al meu projecte Maverick. Espero que us agradi i gràcies per veure-la i votar-la si us agrada.