RC quatre rodes Ground Rover: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:18

Es tracta d'un "Monòlit sobre rodes" (gràcies a Stanley Kubrick: D)

Va ser un dels meus somnis construir un vehicle terrestre controlat a distància des que vaig començar a jugar amb l’electrònica, perquè les coses sense fils sempre m’han fascinat. No havia tingut prou temps i diners per construir-ne un fins al meu projecte universitari. Així que vaig construir un vehicle de quatre rodes per al meu projecte de darrer any. En aquest instructiu, explicaré com he utilitzat el recinte d'un amplificador antic per construir el rover des de zero i com fer el controlador de ràdio.

Es tracta d’un vehicle de terra de quatre rodes, amb quatre motors de conducció separats. El circuit del controlador del motor es basa al voltant de L298N i el control de RF es basa en el parell HT12E i HT12D del semiconductor Holtek. No utilitza Arduino ni cap altre microcontrolador. La versió que he fet fa servir un parell de transmissors i receptors ASK de banda ISM de 433 MHz per al funcionament sense fils. El rover està controlat per quatre botons i el mètode de conducció utilitzat és la transmissió diferencial. El controlador té un abast d’uns 100 m en espai obert. Comencem a construir ara.

(Totes les imatges estan en alta resolució. Obriu-les en una nova pestanya per obtenir més resolucions.)

Pas 1: es requereixen peces i eines

• Rodes de 4 x 10 cm x 4 cm amb forats de 6 mm (o compatibles amb els motors que teniu)
• Motor reductor de 4 x 12V, 300 o 500 RPM amb eix de 6 mm
• 1 x tancament metàl·lic de mida adequada (he reutilitzat una caixa metàl·lica antiga)
• 4 pinces de motor en forma de L.
• 2 x 6V 5Ah, bateries de plom-àcid
• 1 x bateria de 9V
• 1 x placa de controlador de motor L298N o IC nu
• 1 transmissor de 433 MHz
• Receptor de 2 x 433 MHz (compatible)
• 4 botons de pressió de 12 mm
• 1 x DC Barrel Jack
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR IC IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• Condensadors electrolítics de 4 x 100uF
• Condensadors ceràmics de 7 x 100nF
• 4 x 470R resistències
• 1 x 51K resistència (important)
• 1 x 680R resistència
• 1 x 1M Resisitor (important)
• 1 x 7805 o LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• Terminals de cargol de 3 x 2 pins
• 1 commutador basculant SPDT
• 1 x pintura negra mat
• LEDs, cables, PCB comuns, endolls IC, interruptors, broca, Dremel, papers de sorra i altres eines

Es poden seleccionar peces com ara motors, rodes, pinces, etc. segons les vostres necessitats.

Pas 2: esquema del controlador de motor

El HT12D és un descodificador de 12 bits que és un descodificador de sortida sèrie-paral·lel. El pin d'entrada de l'HT12D es connectarà a un receptor que tingui una sortida sèrie. Entre els 12 bits, els 8 bits són bits d’adreça i l’HT12D descodificarà l’entrada només si les dades entrants coincideixen amb la seva adreça actual. Això és útil si voleu utilitzar molts dispositius amb la mateixa freqüència. Podeu utilitzar un commutador DIP de 8 pins per configurar el valor de l'adreça. Però els he soldat directament a GND, que dóna l'adreça 00000000. El HT12D funciona aquí a 5 V i el valor Rosc és de 51 KΩ. El valor de la resistència és important, ja que canviar-la pot causar problemes amb la descodificació.

La sortida del receptor de 433 MHz està connectada a l’entrada de HT12D i les quatre sortides estan connectades al controlador de pont H doble L298 2A. El conductor necessita un dissipador de calor per dissipar-lo correctament, ja que pot arribar a fer molta calor.

Quan premo el botó esquerre del comandament a distància, vull que M1 i M2 funcionin en una direcció oposada a la de M3 i M4 i viceversa per al funcionament correcte. Per al funcionament cap endavant, tots els motors hauran de funcionar en la mateixa direcció. Això s’anomena unitat diferencial i és el que s’utilitza en els tancs de batalla. Per tant, només necessitem no només un pin per controlar, sinó quatre alhora. Això no es pot aconseguir mitjançant els botons SPST que tinc, tret que tingueu alguns commutadors SPDT o un joystick. Ho entendreu mirant la taula lògica que es mostra més amunt. La lògica necessària s’aconsegueix al final del transmissor en el següent pas.

Tota la configuració està alimentada per dues bateries de plom àcid de 6V i 5Ah en configuració en sèrie. D’aquesta manera tindrem molt espai per col·locar les bateries dins del xassís. Però serà millor que pugueu trobar bateries Li-Po de 12V. Es fa servir una presa de barril de corrent continu per connectar les bateries Pb-Acid a un carregador extern. 5V per HT12D es genera mitjançant un regulador 7805.

Pas 3: Construir el controlador del motor

He utilitzat un perfboard per soldar tots els components. Primer, col·loqueu els components d’una manera que sigui més fàcil soldar-los sense utilitzar molts ponts. Aquesta és una qüestió d’experiència. Quan la col·locació sigui satisfactòria, soldeu les potes i talleu les parts sobrants. Ara és el moment de l’enrutament. És possible que hàgiu utilitzat la funció d’encaminament automàtic en molts programes de disseny de PCB. Ets l’encaminador d’aquí. Utilitzeu la vostra lògica per a un millor encaminament amb un ús mínim de ponts.

Vaig utilitzar un endoll IC per al receptor de RF en lloc de soldar-lo directament, perquè puc tornar a utilitzar-lo més endavant. Tot el tauler és modular per poder desmuntar-los fàcilment si és necessari més endavant. Ser modular és un dels meus gustos.

Pas 4: Esquema del control remot RF

Es tracta d’un comandament a distància RF de 4 canals per al rover. El comandament a distància es basa en HT12E i HT12D, parell codificador-descodificador de la sèrie 2 ^ 12 del semiconductor Holtek. La comunicació RF és possible gràcies al parell transmissor-receptor ASK a 433 MHz.

El HT12E és un codificador de 12 bits i bàsicament un codificador de sortida sèrie-entrada paral·lel. Dels 12 bits, els 8 bits són bits d’adreça que es poden utilitzar per controlar diversos receptors. Els pins A0-A7 són els pins d’entrada d’adreça. La freqüència de l'oscil·lador ha de ser de 3 KHz per al funcionament de 5 V. Aleshores, el valor de Rosc serà d’1,1 MΩ per a 5V. Demandem una bateria de 9V i, per tant, el valor Rosc és d’1 MΩ. Consulteu el full de dades per determinar la freqüència i la resistència exactes de l’oscil·lador que s’utilitzaran per a un rang de voltatge específic. AD0-AD3 són les entrades de bits de control. Aquestes entrades controlaran les sortides D0-D3 del descodificador HT12D. Podeu connectar la sortida de l'HT12E a qualsevol mòdul transmissor que accepti dades de sèrie. En aquest cas, connectem la sortida al pin d’entrada del transmissor a 433 MHz.

Disposem de quatre motors per controlar remotament, dels quals tots dos estan connectats paral·lelament per a la unitat diferencial, tal com es veu al diagrama de blocs anterior. Volia controlar els motors per al disc diferencial amb quatre botons SPST que solen estar disponibles. Però hi ha un problema. No podem controlar (ni habilitar) diversos canals del codificador HT12E amb només botons SPST. Aquí és on entren les portes lògiques. Un 4069 CMOS NOR i un 4077 NAND formen el controlador lògic. Per cada pulsació dels botons, la combinació lògica genera els senyals necessaris en diversos pins d'entrada del codificador (aquesta era una solució intuïtiva, en lloc d'alguna cosa que es caracteritzava per l'experimentació, com una "bombeta!"). La sortida d’aquestes portes lògiques es connecten a les entrades del HT12E i s’envien en sèrie a través del transmissor. En rebre el senyal, l'HT12D descodificarà el senyal i estirarà els pins de sortida en conseqüència, que després accionaran el L298N i els motors.

Pas 5: Construir el cotroller remot RF

He utilitzat dues peces de perfboard separades per al comandament a distància; un per als botons i un per al circuit lògic. Totes les taules són totalment modulars i es poden separar sense dessoldar. El pin d'antena del mòdul transmissor està connectat a una antena telescòpica externa recuperada d'una antiga ràdio. Però podeu utilitzar-ne una sola peça de filferro. El comandament a distància utilitza bateria de 9V directament.

Tot estava embolicat en una caixa petita de plàstic que vaig trobar a la caixa brossa. No és la millor manera de fabricar un control remot, però serveix per a això.

Pas 6: Pintar el control remot

Tot estava empaquetat a l'interior amb els polsadors, l'interruptor DPDT, l'indicador LED d'encesa i l'antena exposada. He foradat uns forats a prop del transmissor perquè he trobat que s’escalfa una mica després d’una operació prolongada. Així, els forats proporcionaran una mica de flux d’aire.

Va ser un error tallar el gran forat rectangular de la part superior en lloc de fer-ne quatre petits. Potser hauria estat pensant una altra cosa. Vaig utilitzar pintura metàl·lica platejada per acabar.

Pas 7: construcció del xassís

Vaig utilitzar un ampli armari metàl·lic com a xassís del rover. Tenia forats a sota i n’havia d’eixamplar alguns amb una broca, cosa que facilitava la fixació de les pinces del motor. Cal trobar alguna cosa similar o fer-ne una amb xapa. Les pinces del motor en angle recte (o pinces en L) tenen sis forats de cargol cadascun. Tota la configuració no era tan resistent ja que el gruix de la làmina era petit, sinó suficient per aguantar tot el pes de les bateries i tot. Els motors es poden fixar a les pinces mitjançant les femelles proporcionades amb els motors d'engranatges de corrent continu. L'eix del motor té un forat roscat per fixar les rodes.

He utilitzat motors d'engranatges de corrent continu de 300 RPM amb caixa de canvis de plàstic. Els motors de caixa de canvis de plàstic (els engranatges segueixen sent metàl·lics) són més econòmics que els motors d'engranatges Johnson. Però es desgastaran més ràpidament i no tenen tant parell. Us suggereixo que utilitzeu motors d'engranatges Johnson amb rpm 500 o 600. 300 rpm no són suficients per a una bona velocitat.

Cada motor s'ha de soldar amb condensadors ceràmics de 100 nF per reduir les espurnes de contacte a l'interior dels motors. Això garantirà una millor vida dels motors.

Pas 8: Pintar el xassís

Pintar és fàcil amb llaunes de pintura en aerosol. Vaig utilitzar negre mat per a tot el xassís. Cal netejar el cos metàl·lic amb paper de sorra i eliminar les capes de pintura velles per obtenir un millor acabat. Aplicar dues capes per a una llarga vida.

Pas 9: proves i acabat

Em va fer molta il·lusió veure que tot funcionava perfectament la primera vegada que el vaig provar. Crec que va ser la primera vegada que va passar una cosa així.

Vaig utilitzar una caixa de tiffin per subjectar el tauler del conductor a dins. Com que tot és modular, el muntatge és fàcil. El cable d'antena del receptor de RF estava connectat a una antena de fil d'acer fora del xassís.

Tot va quedar molt bé quan es van muntar, tal com esperava.

Pas 10: vegeu-ho en acció

A dalt és quan vaig utilitzar el rover per portar un mòdul GPS + acceleròmetre per a un altre projecte. Al tauler superior hi ha el GPS, l’acceleròmetre, el transceptor de RF i un Arduino casolà. A sota hi ha la placa del conductor del motor. Podeu veure com es col·loquen les bateries de Pb-Acid. Hi ha prou espai per a ells tot i tenir la caixa de tiffin al centre.

Veure el rover en acció al vídeo. El vídeo és una mica tremolós mentre el vaig gravar amb el telèfon.

Pas 11: millores

Com sempre dic, sempre hi ha marge de millora. El que he fet és només un rover bàsic de RC. No és prou potent per portar peses, esquivar obstacles i tampoc no és ràpid. El rang del controlador de RF està limitat a uns 100 metres en espai obert. Heu d’intentar resoldre tots aquests desavantatges quan en creeu un; no només ho repliqueu, tret que estigueu limitats per la disponibilitat de peces i eines. Aquests són alguns dels meus suggeriments de millora.

• Utilitzeu motors de caixes d’engranatges metàl·lics Johnson de 500 o 600 RPM per obtenir un millor equilibri velocitat-parell. Són realment potents i poden produir fins a 12 Kg de parell a 12V. Però necessitareu un controlador de motor compatible i bateries per a corrents elevats.
• Utilitzeu un microcontrolador per al control PWM del motor. D'aquesta manera es pot controlar la velocitat del rover. Necessitarà un commutador dedicat per al control de velocitat a l’extrem del control remot.
• Utilitzeu un parell de transmissors i receptors de ràdio millors i potents per augmentar el rang de funcionament.
• Un xassís fort probablement fabricat en alumini, junt amb amortidors de moll.
• Una plataforma robòtica rotativa per connectar braços robòtics, càmeres i altres coses. Es pot fer mitjançant un servo a la part superior del xassís.

Tinc previst construir un rover de 6 rodes amb totes les funcions esmentades anteriorment i utilitzar-lo com a plataforma de rover d’ús general. Espero que us hagi agradat aquest projecte i hàgiu après alguna cosa. Gràcies per llegir:)