Upcyklované RC auto: 23 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-13 06:58

RC autá boli pre mňa vždy zdrojom vzrušenia. Sú rýchle, zábavné a nemusíte sa báť, že ich zrazíte. Napriek tomu, ako staršieho, vyspelejšieho, RC nadšenca, ma nevidno hrať sa s malými, detskými RC autami. Musím mať veľké, dospelé mužské veľkosti. Tu nastáva problém: dospelé RC autá sú drahé. Pri prezeraní online stál ten najlacnejší, ktorý som mohol nájsť, 320 dolárov, v priemere okolo 800 dolárov. Môj počítač je lacnejší ako tieto hračky!

Výrobca, ktorý vedel, že si tieto hračky nemôžem dovoliť, povedal, že môžem vyrobiť auto za desatinu ceny. Začal som teda svoju cestu za odpadom na zlato

Zásoby

Časti potrebné pre RC auto sú nasledovné:

• Ojazdené RC auto
• Ovládač motora L293D (formulár DIP)
• Arduino Nano
• Rádiový modul NRF24L01+
• Batéria pre RC dron (alebo inú silnoprúdovú batériu)
• LM2596 Buck prevodníky (2)
• Drôty
• Perfboard
• Malé, rôzne súčiastky (kolíky, skrutkové svorky, kondenzátory atď.)

Časti potrebné pre ovládač RC sú tieto:

• Použitý ovládač (musí mať 2 analógové joysticky)
• Arduino Nano
• Rádiový modul NRF24L01+
• Elektrické vodiče

Krok 1: Recyklovaný poklad

Tento projekt sa pôvodne začal zhruba pred rokom, keď sme s priateľmi plánovali vyrobiť počítačom riadené auto pre projekt hackathon (súťaž v kódovaní). Mojim plánom bolo ísť do obchodu so šetrnosťou, kúpiť najväčšie RC auto, aké som mohol nájsť, vykuchať vnútornosti a nahradiť ho ESP32.

V časovej tiesni som sa ponáhľal k Savers, kúpil som si RC auto a pripravil som sa na hackathon. Je smutné, že mnohé diely, ktoré som potreboval, neprišli včas, takže som musel projekt úplne zrušiť.

Od tej doby RC auto zbieralo prach pod mojou posteľou, až doteraz …

Rýchly prehľad:

V tomto projekte znovu použijem použité autíčko a IR ovládač, aby som vytvoril Upcycled RC Car. Vykostím vnútornosti, implantujem Arduino Nano a na komunikáciu medzi nimi použijem rádiový modul NRF24L01+.

Krok 2: Teória

„Pochopiť, ako niečo funguje, je dôležitejšie ako vedieť, ako to urobiť.“

- Kevin Yang 17.5.2020 (práve som to vymyslel)

Po tom, začnime hovoriť o teórii a elektronike za upcycled RC Car.

Na strane auta budeme používať NRF24L01+, Arduino Nano, ovládač motora L293D, motory v aute RC a dva prevodníky dolárov. Jeden prevodník buck bude dodávať budiace napätie pre motor, zatiaľ čo druhý bude dodávať 5V pre Arduino Nano.

Na strane ovládača použijeme NRF24L01+, Arduino Nano a analógové joysticky v repurovanom ovládači.

Krok 3: NRF24L01+

Skôr ako začneme, pravdepodobne by som mal vysvetliť slonovi v miestnosti: NRF24L01+. Ak už názov nepoznáte, NRF24 je čip vyrábaný spoločnosťou Nordic Semiconductors. Vďaka svojej nízkej cene, malým rozmerom a dobre napísanej dokumentácii je v komunite výrobcov rádiovej komunikácie veľmi obľúbený.

Ako teda modul NRF vlastne funguje? Na začiatok, NRF24L01+ pracuje na frekvencii 2,4 GHz. Je to rovnaká frekvencia, na akej funguje Bluetooth a Wifi (s malými odchýlkami!). Čip komunikuje medzi Arduinom pomocou štvorpólového komunikačného protokolu SPI. Napájací zdroj NRF24 používa napätie 3,3 V, ale kolíky znášajú aj 5 V. To nám umožňuje používať Arduino Nano, ktoré používa 5V logiku, s NRF24, ktoré používa 3,3V logiku. Nasleduje niekoľko ďalších funkcií.

Pozoruhodné vlastnosti:

• Beží na šírke pásma 2,4 GHz
• Rozsah napájacieho napätia: 1,6 - 3,6V
• Tolerancia 5V
• Používa komunikáciu SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Zaberá 5 pinov (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Môže vyvolať prerušenie - IRQ (veľmi dôležité v tomto projekte!)
• Spánkový režim
• Spotreba 900 nA - 12 mA
• Dosah prenosu: ~ 100 metrov (líši sa podľa geografickej polohy)
• Cena: 1,20 dolára za modul (Amazon)

Ak sa chcete dozvedieť viac o NRF24L01+, pozrite sa na koniec do sekcie Extra Readings

Krok 4: L293D - dvojitý ovládač motora mostíka H -Bridge

Aj keď Arduino Nano môže dodávať dostatok prúdu na napájanie diódy LED, neexistuje spôsob, akým by Nano mohlo napájať motor samo. Na ovládanie motora preto musíme použiť špeciálny ovládač. Okrem schopnosti dodávať prúd bude čip vodiča tiež chrániť Arduino pred akýmikoľvek špičkami napätia, ktoré vznikajú pri zapnutí a vypnutí motora.

Vložte L293D, štvornásobný polovičný ovládač motora H-mostíka alebo laicky povedané čip, ktorý dokáže poháňať dva motory dopredu a dozadu.

L293D sa spolieha na H-Bridges, že dokáže ovládať rýchlosť motora aj smer. Ďalšou funkciou je izolácia napájania, ktorá umožňuje Arduinu vybiť zdroj energie oddelene od motorov.

Krok 5: Vykuchanie auta

Dosť bolo teórie a môžeme začať stavať!

Pretože RC auto nie je dodávané s ovládačom (pamätajte si, že je z obchodu so šetrnosťou), vnútorná elektronika je v zásade zbytočná. Otvoril som teda RC auto a hodil dosku ovládača do svojho šrotu.

Teraz je dôležité urobiť si niekoľko poznámok, než začneme. Jedna vec, ktorú si treba všimnúť, je napájacie napätie pre RC auto. Auto, ktoré som si kúpil, je veľmi staré, dávno predtým, ako sa lítiové batérie stali hlavným prúdom. To znamená, že toto RC auto bolo napájané z batérie Ni-Mh s nominálnym napätím 9,6 voltov. Je to dôležité, pretože to bude napätie, pri ktorom budeme poháňať motory.

Krok 6: Ako funguje auto?

S 99% istotou môžem povedať, že moje auto nie je to isté ako to vaše, čo znamená, že táto časť je v podstate zbytočná. Je však dôležité poukázať na niekoľko funkcií, ktoré moje auto má, pretože z toho budem vychádzať pri navrhovaní.

Riadenie

Na rozdiel od moderných RC automobilov auto, ktoré upravujem, nepoužíva servo na zatáčanie. Namiesto toho moje auto používa základný kartáčovaný motor a pružiny. To má mnoho nevýhod, najmä preto, že nemám schopnosť robiť jemné zákruty. Jednou bezprostrednou výhodou však je, že na otáčanie nepotrebujem žiadne komplikované ovládacie rozhranie. Všetko, čo musím urobiť, je napájať motor s určitou polaritou (podľa toho, akým spôsobom chcem otáčať).

Diferenciálna náprava

Je prekvapujúce, že moje RC auto obsahuje aj diferenciálnu nápravu a dva rôzne režimy radenia. Je to celkom zábavné, pretože diferenciály sa zvyčajne nachádzajú v skutočných automobiloch, nie v malých RC. Myslel by som si, že skôr, ako sa toto auto dostane na pulty obchodov so šetrnosťou, bol to špičkový RC model.

Krok 7: Problém moci

Keď už nie sú k dispozícii žiadne funkcie, musíme teraz hovoriť o najdôležitejšej časti tejto zostavy: Ako budeme poháňať RC auto? A aby som bol konkrétnejší: Aký prúd je potrebný na pohon motorov?

Aby som na to odpovedal, pripojil som batériu drona k prevodníku buck, kde som zhodil 11V batérie na 9,6V motorov. Odtiaľ som nastavil multimetr na prúdový režim 10A a dokončil obvod. Môj merač čítal, že motory potrebujú na prúdenie 300 mA prúdu na voľný vzduch.

Aj keď to nemusí znieť veľa, meranie, na ktorom nám skutočne záleží, je zastavovací prúd motorov. Aby som to zmeral, položil som ruky na kolesá, aby som ich neotáčal. Keď som sa pozrel na svoj meter, ukázal solídny 1A.

Vedel som, že hnacie motory budú čerpať zhruba zosilňovač, a potom som pokračoval v testovaní motorov riadenia, ktoré pri zablokovaní čerpali 500 mA. S týmito znalosťami som dospel k záveru, že môžem napájať celý systém z batérie RC dronu a dvoch konvertorov Buck LM2596*.

*Prečo dvojzložkové ovládače? Každý LM2596 má maximálny prúd 3A. Ak by som všetko vypol z jedného prevodníka dolárov, chcel by som čerpať veľa prúdu, a preto by som mal dosť veľké napäťové špičky. Sila Arduino Nano podľa návrhu spočíva vždy, keď dôjde k veľkému nárastu napätia. Preto som použil dva meniče na odľahčenie záťaže a udržal Nano izolovaný od motorov.

Poslednou dôležitou súčasťou, ktorú potrebujeme, je tester napätia článkov Li-Po. Účelom je chrániť batériu pred nadmerným vybitím, aby sa zabránilo zničeniu jej životnosti (napätie článku v lítiovej batérii vždy udržiavajte nad 3,5 V!)

Krok 8: RC automobilový obvod

Keď je na ceste problém s napájaním, môžeme teraz zostrojiť obvod. Hore je schéma, ktorú som urobil pre RC auto.

Majte na pamäti, že som nezahrnul pripojenie voltmetra batérie. Na používanie voltmetra stačí pripojiť konektor váhy k príslušným kolíkom voltmetra. Ak ste to ešte nikdy neurobili, kliknutím na video prepojené v sekcii Extra čítania sa dozviete viac.

Poznámky k obvodu

Uvoľňovacie kolíky (1, 9) na L293D vyžadujú, aby signál PWM mal premenlivú rýchlosť. To znamená, že k nim je možné pripojiť iba niekoľko pinov na Arduino Nano. Čo sa týka ostatných kolíkov na L293D, platí čokoľvek.

Pretože NRF24L01+ komunikuje cez SPI, musíme jeho SPI piny pripojiť k pinom SPI na Arduino Nano (pripojte teda MOSI -> MOSI, MISO -> MISO a SCK -> SCK). Je tiež dôležité si všimnúť, že som prepojil pin IRQ NRF24 s pinom 2 na Arduino Nano. Dôvodom je, že kolík IRQ klesne na NÍZKU vždy, keď NR24 dostane správu. Keď to viem, môžem spustiť prerušenie a povedať Nano, aby si prečítal rádio. To umožňuje Nano robiť ďalšie veci, kým čaká na nové údaje.

Krok 9: DPS

Keďže chcem, aby to bolo modulárne, vytvoril som DPS pomocou dosky perf a mnohých kolíkov záhlavia.

Krok 10: Konečné pripojenia

Keď je PCB hotová a RC auto vykuchané, pomocou aligátorových drôtov som vyskúšal, či všetko funguje.

Po vyskúšaní, či sú všetky pripojenia správne, som aligátorové vodiče nahradil skutočnými káblami a všetky komponenty pripevnil k šasi.

V tomto bode ste si možno uvedomili, že tento článok nie je návodom krok za krokom. Je to preto, že je nemožné napísať každý jeden krok, takže namiesto toho sa v nasledujúcich niekoľkých krokoch s pokynmi budem deliť o niekoľko tipov, ktoré som sa naučil pri výrobe auta.

Krok 11: Tip 1: Umiestnenie rádiového modulu

Aby som zvýšil dosah RC auta, umiestnil som rádiový modul NRF čo najďalej do strany. Je to preto, že rádiové vlny sa odrážajú od kovov, ako sú dosky plošných spojov a drôty, čím sa znižuje dosah. Aby som to vyriešil, položil som modul na úplnú stranu DPS a v kryte auta som vyrezal štrbinu, aby mohol vyčnievať.

Krok 12: Tip 2: Nechajte to modulárne

Ďalšou vecou, ktorú som párkrát zachránil, je prepojenie všetkého pomocou kolíkov záhlavia a svorkovníc. To umožňuje jednoduchú výmenu dielov, ak sa jeden z komponentov vypráža (z akéhokoľvek dôvodu …).

Krok 13: Tip 3: Používajte chladiče

Motory v mojom RC aute posúvajú L293D na samé hranice. Aj keď vodič motora dokáže nepretržite spracovávať až 600 mA, znamená to tiež, že je veľmi horúci a rýchly! Preto je vhodné pridať tepelnú pastu a chladiče, aby sa L293D sám nevaril. Aj napriek chladičom však môže byť čip príliš horúci na dotyk. Preto je dobré nechať auto vychladnúť po 2-3 minútach hry.

Krok 14: Čas ovládača RC

Keď je RC auto hotové, môžeme začať s výrobou ovládača.

Rovnako ako RC auto, aj ja som si pred časom kúpil ovládač a myslel som si, že s ním môžem niečo urobiť. Je iróniou, že ovládač je v skutočnosti infračervený, takže na komunikáciu medzi zariadeniami používa infračervené diódy.

Základnou myšlienkou tejto zostavy je ponechať pôvodnú dosku vo vnútri ovládača a postaviť okolo nej Arduino a NRF24L01+.

Krok 15: Základy analógového joysticku

Pripojenie k analógovému joysticku môže byť skľučujúce najmä preto, že pre kolíky neexistuje žiadna oddeľovacia doska. Žiadny strach! Všetky analógové joysticky fungujú na rovnakom princípe vedenia a zvyčajne majú rovnaký vývod.

Analógové joysticky sú v zásade iba dva potenciometre, ktoré menia odpor pri pohybe v rôznych smeroch. Napríklad, keď pohnete joystickom doprava, potenciometer osi x zmení hodnotu. Keď teraz posuniete joystick dopredu, potenciometer osi y zmení hodnotu.

Keď to vezmeme do úvahy, keď sa pozrieme na spodnú stranu analógového joysticku, uvidíme 6 pinov, 3 pre potenciometer osi x a 3 pre potenciometer osi y. Všetko, čo musíte urobiť, je pripojiť 5 V a uzemnenie k vonkajším kolíkom a stredný kolík pripojiť k analógovému vstupu na Arduine.

Majte na pamäti, že hodnoty pre potenciometer budú mapované na 1024 a nie na 512! To znamená, že musíme použiť vstavanú funkciu map () v Arduine na ovládanie akýchkoľvek digitálnych výstupov (ako signál PWM, ktorý používame na ovládanie L293D). Toto je už v kóde urobené, ale ak plánujete napísať vlastný program, musíte to mať na pamäti.

Krok 16: Pripojenia ovládača

Pripojenia medzi NRF24 a Nano sú pre ovládač stále rovnaké, ale mínus pripojenie IRQ.

Obvod pre regulátor je zobrazený vyššie.

Modifikácia ovládača je určite forma umenia. Už som to uviedol nespočetne veľa krát, ale jednoducho nie je možné napísať postup krok za krokom, ako to urobiť. Rovnako ako to, čo som urobil predtým, poskytnem niekoľko tipov o tom, čo som sa naučil pri vytváraní ovládača.

Krok 17: Tip 1: Používajte diely, ktoré máte k dispozícii

V ovládači je miesta naozaj málo, a preto ak chcete do auta zahrnúť ďalšie vstupy, použite prepínače a gombíky, ktoré už existujú. Pre svoj ovládač som k Nano zapojil aj potenciometer a 3-smerový prepínač.

Ďalšou vecou je mať na pamäti, že toto je váš ovládač. Ak pinouty nevyhovujú vašim predstavám, môžete ich kedykoľvek zmeniť!

Krok 18: Tip 2: Odstráňte nepotrebné stopy

Pretože používame pôvodnú dosku, mali by ste zoškrabať všetky stopy, ktoré smerujú k analógovým joystickom a akýmkoľvek iným senzorom, ktoré používate. Predídete tak možnosti vzniku akéhokoľvek neočakávaného správania sa senzora.

Na vykonanie týchto rezov som jednoducho použil rezačku na škatule a niekoľkokrát som bodoval dosku plošných spojov, aby som stopy skutočne oddelil.

Krok 19: Tip 3: Nechajte drôty čo najkratšie

Tento tip konkrétne hovorí o linkách SPI medzi modulom Arduino a NRF24, ale platí to aj pre ostatné pripojenia. NRF24L01+ je extrémne citlivý na rušenie, takže ak je káblami zachytený akýkoľvek šum, poškodí to údaje. Toto je jedna z hlavných nevýhod komunikácie SPI. Rovnako tak, pokiaľ budete mať drôty čo najkratšie, urobíte tiež celý ovládač čistejším a prehľadnejším.

Krok 20: Tip 4: Umiestnenie! Umiestnenie! Umiestnenie

Okrem toho, aby boli vodiče čo najkratšie, znamená to tiež udržiavať vzdialenosť medzi časťami čo najkratšiu.

Pri hľadaní miest na montáž NRF24 a Arduino nezabúdajte na to, aby boli čo najbližšie k sebe a joystickom.

Ďalšou vecou, ktorú je potrebné mať na pamäti, je umiestnenie modulu NRF24. Ako už bolo povedané, rádiové vlny neprechádzajú kovom, preto by ste mali modul namontovať blízko boku ovládača. Aby som to urobil, vyrezal som dremelom malú štrbinu, aby NRF24 trčal zboku.

Krok 21: Kód

Pravdepodobne najdôležitejšou súčasťou tejto zostavy je skutočný kód. Zahrnul som komentáre a všetko, takže nebudem vysvetľovať každý program riadok po riadku.

Preto chcem upozorniť na niekoľko dôležitých vecí - na spustenie programov si budete musieť stiahnuť knižnicu NRF24. Ak ešte nemáte nainštalované knižnice, odporúčame vám pozrieť sa na návody prepojené v sekcii Extra čítania, kde sa dozviete, ako na to. Rovnako pri odosielaní signálov na L293D nikdy nezapínajte oba smerové kolíky. Skráti sa tým ovládač motora a spôsobí sa jeho spálenie.

Github-

Krok 22: Konečný produkt

Konečne po roku zberu prachu a 3 týždňoch ručnej práce som konečne dokončil výrobu upcyklovaného RC auta. Aj keď musím priznať, že nie je nikde taký silný, ako autá vidieť v úvode, vyšiel oveľa lepšie, ako som si myslel. Auto môže jazdiť 40 minút, než sa mu vybije, a môže sa dostať až 150 metrov od ovládača.

Niekoľko vecí, ktoré by som určite urobil na zlepšení auta, je výmena L293D za L298, väčší a výkonnejší ovládač motora. Ďalšia vec, ktorú by som urobil, je vymeniť predvolený rádiový modul NRF za zosilnenú verziu antény. Tieto úpravy by zvýšili krútiaci moment a dojazd auta.

Krok 23: Extra čítanie:

NRF24L01+

• Technický list Severský polovodič
• Komunikácia SPI (článok)
• Základné nastavenie (video)
• Výučba do hĺbky (článok)
• Pokročilé tipy a triky (séria videí)

L293D

• Technický list spoločnosti Texas Instruments
• Výučba do hĺbky (článok)