HackerBoxes 0013: Autosport: 12 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

AUTOSPORT: Tento mesiac HackerBox Hackers skúmajú automobilovú elektroniku. Tento návod obsahuje informácie o práci s HackerBoxes #0013. Ak by ste chceli dostávať takéto schránky každý mesiac do svojej schránky, teraz je najvyšší čas prihlásiť sa na HackerBoxes.com a pripojiť sa k revolúcii!

Témy a vzdelávacie ciele pre tento HackerBox:

• Prispôsobenie NodeMCU pre Arduino
• Zostavenie súpravy do auta 2WD
• Zapojenie NodeMCU na ovládanie súpravy do auta 2WD
• Ovládanie NodeMCU cez WiFi pomocou Blynka
• Používanie senzorov pre autonómnu navigáciu
• Práca s palubnou diagnostikou automobilov (OBD)

HackerBoxes je služba mesačného predplatného pre elektroniku a počítačovú technológiu pre domácich majstrov. Sme nadšenci, tvorcovia a experimentátori. Hacknite planétu!

Krok 1: HackerBoxes 0013: obsah balenia

• Zberateľská referenčná karta HackerBoxes #0013
• Súprava podvozku do auta 2WD
• Modul procesora WiFi NodeMCU
• Motorový štít pre NodeMCU
• Blok prepojky pre štít motora
• Batériový box (4 x AA)
• Ultrazvukový snímač rozsahu HC-SR04
• IR snímače odrazivosti TCRT5000
• Dámske a dámske prepojky DuPont 10 cm
• Dva červené laserové moduly
• Palubná diagnostika Mini-ELM327 (OBD)
• Exkluzívny závodný obtlačok HackerBoxes

Pomôžu aj ďalšie veci:

• Štyri AA batérie
• Obojstranná penová páska alebo pásky na suchý zips
• kábel microUSB
• Inteligentný telefón alebo tablet
• Počítač s Arduino IDE

A čo je najdôležitejšie, budete potrebovať zmysel pre dobrodružstvo, kutilského ducha a hackerskú zvedavosť. Tvrdá elektronika pre fanúšikov nie je vždy jednoduchá, ale keď vytrváte a užívate si dobrodružstvo, z vytrvalosti a fungovania vašich projektov môže vyplývať veľké uspokojenie. Každý krok urobte pomaly, všímajte si detaily a neváhajte požiadať o pomoc.

Krok 2: Automobilová elektronika a samoriadiace autá

Automobilová elektronika je akýkoľvek elektronický systém používaný v cestných vozidlách. Patria sem počítače, telematika, zábavné systémy do auta a podobne. Automobilová elektronika vznikla z potreby ovládať motory. Prvé slúžili na ovládanie funkcií motora a označovali sa ako riadiace jednotky motora (ECU). Keď sa elektronické ovládanie začalo používať vo viacerých automobilových aplikáciách, skratka ECU nadobudla všeobecnejší význam „elektronická riadiaca jednotka“a potom boli vyvinuté špecifické ECU. ECU sú teraz modulárne. Dva typy zahŕňajú riadiace moduly motora (ECM) alebo riadiace moduly prevodovky (TCM). Moderné auto môže mať až 100 ECU.

Rádiom riadené autá (autá R/C) sú osobné alebo nákladné autá, ktoré je možné ovládať na diaľku pomocou špecializovaného vysielača alebo diaľkového ovládača. Pojem „R/C“bol používaný ako na označenie „diaľkovo ovládaného“, tak „rádiového ovládania“, ale bežné používanie „R/C“sa dnes zvyčajne vzťahuje na vozidlá riadené rádiofrekvenčným spojením.

Autonómne auto (auto bez vodiča, auto s vlastným riadením, robotické auto) je vozidlo, ktoré dokáže vnímať svoje prostredie a pohybovať sa bez ľudského pričinenia. Autonómne autá dokážu detekovať okolie pomocou rôznych techník, ako sú radar, lidar, GPS, odometria a počítačové videnie. Pokročilé riadiace systémy interpretujú senzorické informácie, aby identifikovali vhodné navigačné cesty, ako aj prekážky a príslušné značenie. Autonómne autá majú riadiace systémy, ktoré sú schopné analyzovať senzorické údaje a rozlíšiť rôzne autá na ceste, čo je veľmi užitočné pri plánovaní cesty k požadovanému cieľu.

Krok 3: Arduino pre NodeMCU

NodeMCU je open source platforma IoT. Obsahuje firmvér, ktorý beží na ESP8266 Wi-Fi SoC od spoločnosti Espressif Systems, a hardvér založený na module ESP-12.

Arduino IDE je teraz možné ľahko rozšíriť o podporu programovania modulov NodeMCU, ako keby išlo o akúkoľvek inú vývojovú platformu Arduino.

Na začiatku sa uistite, že máte nainštalovaný Arduino IDE (www.arduino.cc) a ovládače pre príslušný čip Serial-USB v použitom module NodeMCU. V súčasnosti väčšina modulov NodeMCU obsahuje čip CH340 Serial-USB. Výrobca čipov CH340 (WCH.cn) má k dispozícii ovládače pre všetky populárne operačné systémy. Pozrite sa na stránku prekladu Google ich stránok.

Spustite Ardino IDE, prejdite na predvoľby a vyhľadajte pole na zadanie „dodatočných adries URL správcu rady“

Prilepiť na túto adresu URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Nainštalujte Board Manager pre ESP8266.

Po inštalácii zatvorte IDE a potom ho znova spustite.

Teraz pripojte modul NodeMCU k počítaču pomocou kábla microUSB (ako ho používa väčšina mobilných telefónov a tabletov).

Vyberte typ dosky v Arduino IDE ako NodeMCU 1.0

Vždy radi načítame a testujeme ukážku žmurkania na novej doske Arduino, aby sme získali istotu, že všetko funguje správne. NodeMCU nie je výnimkou, ale pred kompiláciou a odovzdaním musíte zmeniť pin LED z pinu13 na pin16. Pred prechodom na čokoľvek komplikovanejšie s Arduino NodeMCU sa uistite, že tento rýchly test funguje správne.

Tu je návod, ktorý prechádza procesom nastavenia Arduino NodeMCU s niekoľkými rôznymi príkladmi aplikácií. Je to tu trochu scestné od cieľa, ale môže byť užitočné pozrieť sa na iný uhol pohľadu, ak sa zaseknete.

Krok 4: Súprava podvozku do auta 2WD

Obsah súpravy podvozku 2WD:

• Hliníkový podvozok (farby sa líšia)
• Dva jednosmerné motory FM90
• Dve kolesá s gumovými pneumatikami
• Voľnobežné koliesko
• Montážny hardvér
• Montážny hardvér

DC motory FM90 vyzerajú ako mikro servá, pretože sú zabudované v rovnakom plastovom kryte ako bežné mikro servá, ako napríklad FS90, FS90R alebo SG92R. FM90 však nie je servo. FM90 je jednosmerný motor s plastovou prevodovkou.

Otáčky motora FM90 sú riadené napájacími káblami s moduláciou šírky impulzov (PWM). Smer je riadený výmenou polarity napájania ako u akéhokoľvek kartáčovaného jednosmerného motora. FM90 môže pracovať na 4-6 voltoch DC. Aj keď je malý, odoberá dostatok prúdu, ktorý by nemal byť napájaný priamo z kolíka mikrokontroléra. Mal by sa použiť vodič motora alebo H-most.

Špecifikácia motora DC90 FM90:

• Rozmery: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 palca x 0,49 palca x 1,2 palca
• Počet spline: 21
• Hmotnosť: 8,4 g
• Voľnobežné otáčky: 110 otáčok za minútu (4,8v) / 130 otáčok za minútu (6v)
• Prevádzkový prúd (bez zaťaženia): 100mA (4,8v) / 120mA (6v)
• Maximálny krútiaci moment (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Maximálny krútiaci moment (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Zastavený prúd: 550mA (4,8v) / 650mA (6v)

Krok 5: Podvozok automobilu: Mechanická montáž

Automobilový podvozok je možné ľahko zostaviť podľa tohto diagramu.

Všimnite si toho, že existujú dve malé tašky hardvéru. Jeden obsahuje montážny hardvér so šiestimi mosadznými pätkami 5 mm-M3 spolu so zodpovedajúcimi skrutkami a maticami. Tento montážny hardvér môže byť užitočný v neskorších krokoch montáže ovládačov, senzorov a ďalších položiek na šasi.

Na tento krok použijeme montážny hardvér, ktorý obsahuje:

• Štyri tenké skrutky M2x8 a malé zodpovedajúce matice na pripevnenie motorov
• Štyri hrubšie skrutky M3x10 a väčšie zodpovedajúce matice na pripevnenie kolieska
• Dve skrutky PB2.0x8 s hrubými závitmi na pripevnenie kolies k motorom

Motory FM90 sú orientované tak, že drôtené káble siahajú zo zadnej časti zostaveného podvozku.

Krok 6: Podvozok do auta: Pridajte napájací zdroj a ovládač

Doska štítu motora ESP-12E podporuje priame zapojenie modulu NodeMCU. Kryt motora obsahuje čip ovládača motora push-pull L293DD (technický list). Vodiče motora by mali byť zapojené do skrutkových svoriek A+/A- a B+/B- na kryte motora (po odstránení konektorov). Vodiče batérie by mali byť zapojené do skrutkových svoriek vstupu batérie.

Ak sa jedno z kolies otáča nesprávnym smerom, vodiče k zodpovedajúcemu motoru je možné zameniť na skrutkových svorkách alebo v kóde môžete invertovať smerový bit (ďalší krok).

Na kryte motora je plastové tlačidlo napájania, ktoré aktivuje napájanie batérie. Blok jumperu je možné použiť na vedenie energie do NodeMCU z krytu motora. Bez nainštalovaného prepojovacieho bloku sa NodeMCU môže napájať z kábla USB. Keď je nainštalovaný prepojovací blok (ako je znázornené), batéria napája motory a je tiež poháňaná do modulu NodeMCU.

Kryt motora a batériu je možné namontovať na šasi tak, že sa otvory pre skrutky zarovnajú s dostupnými otvormi v hliníkovom šasi. Je však pre nás jednoduchšie ich jednoducho pripevniť k podvozku pomocou obojstrannej penovej pásky alebo lepiacich pásikov na suchý zips.

Krok 7: Automobilový podvozok: Programovanie a ovládanie Wi-Fi

Blynk je platforma s aplikáciami pre iOS a Android na ovládanie Arduina, Raspberry Pi a ďalšieho hardvéru cez internet. Je to digitálny informačný panel, na ktorom môžete pre svoj projekt vytvoriť grafické rozhranie jednoduchým pretiahnutím miniaplikácií. Je skutočne jednoduché nastaviť všetko a hneď sa pustíte do drobností. Blynk vás dostane online a pripravených na internet vašich vecí.

Tu zahrnutý skript HBcar.ino Arduino ukazuje, ako prepojiť štyri tlačidlá (dopredu, dozadu, doprava a doľava) v projekte Blynk na ovládanie motorov na podvozku 2WD.

Pred kompiláciou je potrebné v programe zmeniť tri reťazce:

• Wi-Fi SSID (pre váš prístupový bod Wi-Fi)
• Heslo Wi-Fi (pre váš prístupový bod Wi-Fi)
• Autorizačný token Blynk (z vášho projektu Blynk)

Všimnite si z ukážkového kódu, že čip L293DD na kryte motora je zapojený nasledovne:

• GPIO pin 5 pre rýchlosť motora A.
• Kolík GPIO 0 pre smer motora A.
• GPIO pin 4 pre rýchlosť motora B.
• GPIO pin 2 pre smer B motora

Krok 8: Senzory pre autonómnu navigáciu: Ultrazvukový diaľkomer

Ultrazvukový diaľkomer HC-SR04 (technický list) môže poskytovať merania od 2 cm do 400 cm s presnosťou do 3 mm. Modul HC-SR04 obsahuje ultrazvukový vysielač, prijímač a riadiaci obvod.

Po pripevnení štyroch prepojok medzi ženami a ženami k kolíkom HC-SR04 môže omotanie pásky okolo konektorov pomôcť izolovať spoje od skratu k hliníkovému šasi a tiež poskytnúť poddajnú hmotu, ktorá sa vkliní do otvoru v prednej časti podvozok podľa obrázku.

V tomto prípade môžu byť štyri kolíky na HC-SR04 zapojené do krytu motora:

• VCC (na HC-SR04) až VIN (na kryte motora)
• Spúšť (na HC-SR04) až D6 (na kryte motora)
• Echo (na HC-SR04) až D7 (na kryte motora)
• GND (na HC-SR04) až GND (na kryte motora)

VIN bude dodávať asi 6 VDC do HC-SR04, ktoré potrebuje iba 5 V. Zdá sa však, že to funguje dobre. Druhá dostupná napájacia lišta (3,3 V) je niekedy postačujúca na napájanie modulu HC-SR04 (určite to vyskúšajte), ale niekedy nestačí napätie.

Akonáhle je toto zapojené, vyskúšajte ukážkový kód NodeMCUping.ino na testovanie prevádzky HC-SR04. Vzdialenosť od senzora k akémukoľvek objektu je vytlačená na sériovom monitore (doska 9600) v centimetroch. Získajte naše pravítko a vyskúšajte si presnosť. Pôsobivé, nie?

Teraz, keď máte tento tip, vyskúšajte niečo podobné pre autonómne vozidlo zabraňujúce kolíziám:

1. dopredu až do vzdialenosti <10 cm
2. zastaviť
3. cúvanie na malú vzdialenosť (voliteľné)
4. otočiť náhodný uhol (čas)
5. slučka ku kroku 1

Ak chcete získať všeobecné informácie o pozadí, tu je výukové video plné podrobností o používaní modulu HC-SR04.

Krok 9: Senzory pre autonómnu navigáciu: Infračervená (IR) odrazivosť

Modul IR reflexného senzora používa na detekciu farby a vzdialenosti TCRT5000 (údajový list). Modul vyžaruje infračervené svetlo a potom zisťuje, či zachytáva odraz. Vďaka svojej schopnosti rozpoznať, či je povrch biely alebo čierny, sa tento senzor často používa v rade za robotmi a automatickom zaznamenávaní údajov na meračoch energií.

Rozsah meracej vzdialenosti je od 1 mm do 8 mm a stredový bod je asi 2,5 mm. K dispozícii je tiež zabudovaný potenciometer na úpravu citlivosti. Keď je modul pripojený k napájaniu, IR dióda bude nepretržite vyžarovať infračervené svetlo. Ak sa vyžarované infračervené svetlo neodrazí, trióda bude vo vypnutom stave, čo spôsobí, že digitálny (D0) výstup indikuje logickú NÍZKU.

Krok 10: Laserové lúče

Tieto bežné 5mW 5V laserové moduly je možné použiť na pridanie červených laserových lúčov k takmer všetkému, čo má k dispozícii 5V napájanie.

Uvedomte si, že tieto moduly sa dajú ľahko poškodiť, takže HackerBox #0013 obsahuje pár na zálohovanie. Dávajte pozor na svoje laserové moduly!

Krok 11: Automobilová palubná diagnostika (OBD)

Palubná diagnostika (OBD) je automobilový termín označujúci schopnosť autodiagnostiky a hlásenia vozidla. Systémy OBD umožňujú vlastníkovi vozidla alebo technikovi opravy prístup k stavu rôznych subsystémov vozidla. Množstvo diagnostických informácií dostupných prostredníctvom systému OBD sa od zavedenia verzií palubných počítačov na začiatku osemdesiatych rokov minulého storočia značne líšilo. Staršie verzie OBD by jednoducho rozsvietili kontrolku poruchy, ak by sa zistil problém, ale neposkytovali by žiadne informácie o povahe problému. Moderné implementácie OBD používajú štandardizovaný digitálny komunikačný port na poskytovanie údajov v reálnom čase okrem štandardizovanej série diagnostických chybových kódov alebo DTC, ktoré umožňujú rýchlo identifikovať a odstrániť poruchy vo vozidle.

OBD-II je vylepšením schopností a štandardizácie. Štandard OBD-II špecifikuje typ diagnostického konektora a jeho vývod, dostupné protokoly elektrickej signalizácie a formát správ. Poskytuje tiež kandidátsky zoznam parametrov vozidla na monitorovanie a spôsob kódovania údajov pre každý z nich. V konektore je kolík, ktorý napája diagnostický nástroj z batérie vozidla, čo eliminuje potrebu samostatného pripojenia diagnostického nástroja k zdroju napájania. Diagnostické poruchové kódy OBD-II sú 4-miestne, pred ktorými je písmeno: P pre motor a prevodovku (pohonný agregát), B pre karosériu, C pre podvozok a U pre sieť. Výrobcovia môžu do svojej konkrétnej implementácie OBD-II pridať aj vlastné údaje, vrátane požiadaviek na údaje v reálnom čase a chybových kódov.

ELM327 je naprogramovaný mikrokontrolér na prepojenie s rozhraním palubnej diagnostiky (OBD), ktorý sa nachádza vo väčšine moderných automobilov. Príkazový protokol ELM327 je jedným z najpopulárnejších štandardov rozhrania PC-OBD a implementujú ho aj ďalší výrobcovia. Pôvodný ELM327 je implementovaný na mikrokontroléri PIC18F2480 od spoločnosti Microchip Technology. ELM327 abstraktuje nízkoúrovňový protokol a predstavuje jednoduché rozhranie, ktoré je možné zavolať pomocou UART, zvyčajne ručným diagnostickým nástrojom alebo počítačovým programom pripojeným cez USB, RS-232, Bluetooth alebo Wi-Fi. Funkcia takéhoto softvéru môže zahŕňať doplnkové prístrojové vybavenie vozidla, hlásenie chybových kódov a vymazanie chybových kódov.

Aj keď je krútiaci moment pravdepodobne najznámejší, s ELM327 je možné použiť mnoho aplikácií.

Krok 12: Hacknite planétu

Ďakujeme, že ste sa podelili o naše dobrodružstvo s automobilovou elektronikou. Ak sa vám tento návod páčil a chceli by ste, aby sa nám krabica s elektronickými projektmi doručovala každý mesiac priamo do vašej poštovej schránky, pripojte sa k nám REGISTRÁCIOU TU.

Oslovte a podeľte sa o svoj úspech v nižšie uvedených komentároch a/alebo na facebookovej stránke HackerBoxes. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete s čímkoľvek pomôcť, určite nám dajte vedieť. Ďakujeme, že ste súčasťou HackerBoxes. Nechajte si svoje návrhy a spätnú väzbu aj naďalej. HackerBoxes sú VAŠE škatule. Urobme niečo skvelé!