מכונית RC מופעלת: 23 שלבים (עם תמונות)

2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-13 06:57

מכוניות RC תמיד היו מקור התרגשות עבורי. הם מהירים, הם מהנים, ואתה לא צריך לדאוג אם תקרוס אותם. עם זאת, בתור חובב RC מבוגר, בוגר יותר, לא ניתן לראות אותי משחק עם מכוניות RC קטנות לילדים. אני חייב להיות גדול ומבוגר בגודל גבר. כאן מתעוררת בעיה: מכוניות RC מבוגרות יקרות. בזמן הגלישה באינטרנט, המחיר הזול ביותר שמצאתי עולה 320 $, הממוצע הוא בסביבות 800 $. המחשב שלי זול יותר מהצעצועים האלה!

בידיעה שאני לא יכול להרשות לעצמי את הצעצועים האלה, היצרנית שבי אמרה שאוכל לייצר מכונית תמורת עשירית מהמחיר. כך, התחלתי את דרכי להפוך את האשפה לזהב

אספקה

החלקים הדרושים לרכב ה- RC הם כדלקמן:

• מכונית RC משומשת
• נהג מנוע L293D (טופס DIP)
• ארדואינו ננו
• מודול רדיו NRF24L01+
• סוללת RC מזל"ט (או כל סוללה אחרת בעלת זרם גבוה)
• ממירים באק LM2596 (2)
• חוטים
• פרבורד
• רכיבים קטנים ושונים (סיכות כותרת, מסופי בורג, קבלים וכו ')

החלקים הדרושים לבקר RC הם כדלקמן:

• בקר משומש (חייב להכיל 2 ג'ויסטיקים אנלוגיים)
• ארדואינו ננו
• מודול רדיו NRF24L01+
• חוטי חשמל

שלב 1: אוצר ממוחזר

הפרויקט הזה התחיל במקור לפני כשנה כאשר אני וחבריי תכננו לייצר מכונית מונעת מחשב לפרויקט האקתון (תחרות קידוד). התכנון שלי היה ללכת לחנות יד שנייה, לקנות את מכונית ה- RC הגדולה ביותר שאני יכול למצוא, לעכל את החלק הפנימי ולהחליף אותה ב- ESP32.

בתקופת מצוקה, מיהרתי להגיע לסאברס, קניתי מכונית RC והכנתי את עצמי לקראת האקתון. למרבה הצער, חלקים רבים שהייתי צריך לא הגיעו בזמן ולכן נאלצתי לפרק את הפרויקט לחלוטין.

מאז, מכונית ה- RC אוספת אבק מתחת למיטה שלי, עד עכשיו …

סקירה מהירה:

בפרויקט זה אציג מחדש מכונית צעצוע משומשת ובקר IR ליצירת מכונית ה- RC Upcycled. אני אעיים את הקרביים, אשתל את הארדואינו ננו ואשתמש במודול הרדיו NRF24L01+ כדי לתקשר בין השניים.

שלב 2: תיאוריה

הבנת האופן שבו משהו עובד חשובה יותר מאשר לדעת כיצד לגרום לו לפעול

- קווין יאנג 17/5/2020 (הרגע המצאתי את זה)

עם זאת, בואו נתחיל לדבר על התיאוריה והאלקטרוניקה שמאחורי מכונית ה- RC המורכבת.

בצד המכונית נשתמש ב- NRF24L01+, בארדואינו ננו, נהג מנוע L293D, המנועים במכונית ה- RC ושני ממירים. ממיר באק אחד יספק את מתח ההינע של המנוע ואילו השני יספק 5V עבור ה- Arduino Nano.

בצד הבקר נשתמש ב- NRF24L01+, Arduino Nano ובג'ויסטיקים האנלוגיים בבקר המחודש.

שלב 3: NRF24L01+

לפני שנתחיל, אני כנראה צריך להסביר את הפיל בחדר: NRF24L01+. אם אינך מכיר את השם כבר, NRF24 הוא שבב המיוצר על ידי Nordic Semiconductors. זה די פופולרי בקהילת היצרנים לתקשורת רדיו בשל המחיר הנמוך, גודלו הקטן ותיעוד כתוב היטב.

אז איך בעצם עובד מודול ה- NRF? ובכן בתור התחלה, NRF24L01+ פועל בתדר 2.4 GHz. זהו אותו תדר בו פועלים בלוטות 'ו- Wifi (עם וריאציות קלות!). השבב מתקשר בין Arduino באמצעות SPI, פרוטוקול תקשורת בן ארבעה פינים. מבחינת הספק, ה- NRF24 משתמש ב -3.3 וולט אך גם הסיכות עמידות בפני 5 וולט. זה מאפשר לנו להשתמש ב- Arduino Nano, שמשתמש בהיגיון של 5V, עם ה- NRF24, שמשתמש בהיגיון של 3.3V. כמה תכונות אחרות הן כדלקמן.

תכונות בולטות:

• פועל על רוחב הפס של 2.4 GHz
• טווח מתח אספקה: 1.6 - 3.6V
• 5V סובלני
• משתמש בתקשורת SPI (MISO, MOSI, SCK)
• מכיל 5 סיכות (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (חשוב מאוד בפרויקט זה!)
• מצב שינה
• צורכת 900nA - 12mA
• טווח שידור: ~ 100 מטר (ישתנה בהתאם למיקום הגיאוגרפי)
• עלות: $ 1.20 לכל מודול (אמזון)

אם אתה רוצה ללמוד עוד על NRF24L01+, עיין בסעיף קריאות נוספות בסוף

שלב 4: L293D - נהג מנוע כפול H -Bridge

למרות שהארדואינו ננו יכול לספק מספיק זרם להנעת LED, אין סיכוי שהנאנו יכול להניע מנוע בעצמו. לכן עלינו להשתמש בנהג מיוחד לשליטה במנוע. מלבד היכולת לספק את הזרם, שבב הנהג יגן גם על הארדואינו מכל קפיצי מתח המתעוררים מהדלקה וכיבוי של המנוע.

הכנס את ה- L293D, נהג מנועי חצי גשר H בריבוע, או במונחים של הדיוט, שבב שיכול להניע שני מנועים קדימה ואחורה.

ה- L293D מסתמך על H-Bridges כדי לשלוט הן במהירות המנוע והן בכיוון. תכונה נוספת היא בידוד אספקת החשמל, המאפשר ל- Arduino לברוח ממקור כוח נפרד מהמנועים.

שלב 5: חסימת הרכב

מספיק תיאוריה וניתן באמת להתחיל לבנות!

מכיוון שמכונית ה- RC אינה מגיעה עם בקר (זכור אותה מחנות יד שנייה), האלקטרוניקה הפנימית חסרת תועלת בעצם. לפיכך, פתחתי את מכונית ה- RC וזרקתי את לוח הבקר לפח האשפה שלי.

עכשיו חשוב לרשום כמה הערות לפני שנתחיל. דבר אחד שיש לשים לב אליו הוא מתח האספקה של מכונית ה- RC. המכונית שקניתי ישנה מאוד, הרבה לפני שהסוללות המבוססות על ליתיום היו המיינסטרים. המשמעות היא שמכונית RC זו הופעלה מסוללת Ni-Mh עם מתח נומינלי של 9.6 וולט. זה חשוב מכיוון שזה יהיה המתח שאנו נניע את המנועים בו.

שלב 6: איך המכונית עובדת?

אני יכול לומר בוודאות של 99% שהמכונית שלי לא זהה לשלך, כלומר הקטע הזה מיותר בעצם. עם זאת, חשוב לציין כמה תכונות שיש לרכב שלי מכיוון שאני אבסס את העיצוב שלי מזה.

היגוי

בניגוד למכוניות RC מודרניות, המכונית שאני משנה אינה משתמשת בסרוו כדי לסובב אותה. במקום זאת, המכונית שלי משתמשת במנוע מברשת בסיסי ובקפיצים. יש לזה חסרונות רבים במיוחד מכיוון שאין לי יכולת לבצע פניות טובות. עם זאת, יתרון אחד מיידי הוא שאני לא צריך ממשק שליטה מסובך כדי לפנות. כל מה שאני צריך לעשות הוא להניע את המנוע בקוטביות מסוימת (תלוי לאיזו דרך אני רוצה לפנות).

ציר דיפרנציאלי

למרבה הפלא, מכונית ה- RC שלי מכילה גם ציר דיפרנציאלי ושני מצבי הילוכים שונים. זה די משעשע מכיוון שבדרך כלל יש הבדלים במכוניות בחיים האמיתיים, לא במכוניות RC קטנות. הייתי חושב שלפני שהמכונית הזו הייתה על המדפים של חנות יד שנייה, היא הייתה דגם RC ברמה גבוהה.

שלב 7: סוגיית הכוח

כשהתכונות אינן נכונות, כעת עלינו לדבר על החלק החשוב ביותר במבנה זה: כיצד נניע את מכונית ה- RC? וליתר דיוק: כמה זרם נחוץ להנעת המנועים?

כדי לענות על כך, חיברתי סוללת מזל ט לממיר באק, שם הורדתי את 11V של הסוללה ל -9.6V של המנועים. משם הגדרתי את המולטימטר למצב זרם 10A והשלמתי את המעגל. במד שלי נכתב כי המנועים זקוקים ל 300 mA של זרם בכדי להכניס אוויר חופשי.

למרות שזה אולי לא נשמע הרבה, המדידה שאכפת לנו באמת היא זרם הדוכנים של המנועים. כדי למדוד זאת, הנחתי את ידי על הגלגלים כדי למנוע מהם להסתובב. כשהבטתי במד שלי, הוא הציג 1A מוצק.

בידיעה שמנועי הכונן ימשכו בערך מגבר, המשכתי לבדוק את מנועי ההיגוי שציירו 500mA כאשר הם נתקעו. עם הידע הזה, הגעתי למסקנה שאני יכול לכבות את כל המערכת מסוללת מזל ט RC ושני ממירים LM2596 באק*.

*למה בקרי שני דולרים? ובכן, לכל LM2596 יש זרם מרבי של 3A. אם אני מכבה הכל מממיר אחד, הייתי עומד לצייר הרבה זרם, ולכן היו לי קוצים מתח די גדולים. לפי התכנון, כוח הארדואינו ננו נח בכל פעם שיש נקודת מתח גדולה. לכן השתמשתי בשני ממירים כדי להקל על העומס ולשמור על ננו מבודד מהמנועים.

אחד המרכיבים החשובים האחרונים שאנחנו צריכים הוא בודק מתח תאי Li-Po. מטרת הפעולה היא להגן על הסוללה מפני פריקת יתר כדי למנוע הרס של חיי הסוללה (שמור תמיד על מתח התא של סוללה מבוססת ליתיום מעל 3.5V!)

שלב 8: מעגל מכוניות RC

כאשר בעיית החשמל לא תצא מהדרך, כעת אנו יכולים לבנות את המעגל. למעלה הסכימה שהכנתי עבור מכונית ה- RC.

זכור שלא כללתי את חיבור מד הסוללה. כדי להשתמש במד המתח, כל שעליך לעשות הוא לחבר את מחבר האיזון לפינים המתאימים של מד המתח. אם מעולם לא עשית זאת בעבר, לחץ על הסרטון המקושר בקטע קריאות נוספות למידע נוסף.

הערות על המעגל

סיכות ההפעלה (1, 9) ב- L293D דורשות אות PWM כדי לקבל מהירות משתנה. המשמעות היא שניתן לחבר אליהם רק כמה סיכות ב- Arduino Nano. לגבי הסיכות האחרות ב- L293D, הכל מסתדר.

מכיוון שה NRF24L01+ מתקשר באמצעות SPI, עלינו לחבר את סיכות ה- SPI שלו לסיכות ה- SPI על הארדואינו ננו (לכן חבר את MOSI -> MOSI, MISO -> MISO ו- SCK -> SCK). חשוב גם לשים לב שחיברתי את סיכת ה- IRQ של ה- NRF24 לסיכה 2 ב- Arduino Nano. הסיבה לכך היא שסיכת ה- IRQ יורדת LOW בכל פעם שה- NR24 מקבל הודעה. כשאני יודע זאת, אני יכול לעורר הפרעה להגיד לננו לקרוא את הרדיו. זה מאפשר לננו לעשות דברים אחרים בזמן שהוא מחכה לנתונים חדשים.

שלב 9: PCB

מכיוון שאני רוצה להפוך את זה לעיצוב מודולרי, יצרתי לוח PCB בעזרת לוח perf והרבה סיכות כותרת.

שלב 10: חיבורים אחרונים

כשה PCB נעשה ומכונית ה- RC נתקעה, השתמשתי בחוטי תנין כדי לבדוק אם הכל עובד.

לאחר שבדקתי שכל החיבורים נכונים, החלפתי את חוטי התנין בכבלים אמיתיים והצמדתי את כל הרכיבים לשלדה.

בשלב זה, אולי הבנת שמאמר זה אינו מדריך צעד אחר צעד. הסיבה לכך היא שפשוט אי אפשר לכתוב כל צעד החוצה ולכן במקום זאת, השלבים הבאים של Instructables יהיו אני שאשתף כמה טיפים שלמדתי בעת הכנת המכונית.

שלב 11: טיפ 1: מיקום מודולי רדיו

כדי להגדיל את טווח מכונית ה- RC, הנחתי את מודול הרדיו NRF רחוק ככל האפשר לצד. הסיבה לכך היא שגלי רדיו משקפים מתכות כגון PCB וחוטים, ולכן מצמצמים את הטווח. כדי לפתור זאת הנחתי את המודול ממש בצד הלוח וחתכתי חריץ בבית המכונית כדי לאפשר לו להתבלט.

שלב 12: טיפ 2: שמור על מודולריות

דבר נוסף שעשיתי שהציל אותי כמה פעמים הוא חיבור הכל באמצעות סיכות כותרת ובלוקי מסוף. זה מאפשר החלפה קלה של חלקים אם אחד המרכיבים מטוגן (מכל סיבה שהיא …).

שלב 13: טיפ 3: השתמש בגופי קירור

המנועים במכונית ה- RC שלי דוחפים את ה- L293D לגבול. בעוד שנהג המנוע יכול להתמודד עם עד 600 mA ברציפות, זה גם אומר שזה נהיה חם ומהיר מאוד! זו הסיבה מדוע כדאי להוסיף מעט משחה תרמית וקירור קירור כדי למנוע מה- L293D לבשל את עצמו. עם זאת, גם עם כיורי החום השבב עדיין יכול להתחמם מדי לגעת בו. זו הסיבה שרצוי לתת למכונית להתקרר לאחר 2-3 דקות משחק.

שלב 14: זמן בקר RC

עם סיום מכונית ה- RC, אנו יכולים להתחיל לייצר את הבקר.

בדומה למכונית ה- RC, גם אני קניתי את הבקר לפני זמן מה וחשבתי שאני יכול לעשות איתו משהו. למרבה האירוניה, הבקר הוא למעשה IR, ולכן הוא משתמש בנורות IR לתקשורת בין מכשירים.

הרעיון הבסיסי עם build זה הוא לשמור את הלוח המקורי בתוך הבקר ולבנות מסביבו את ה- Arduino ו- NRF24L01+.

שלב 15: יסודות הג'ויסטיק האנלוגי

חיבור לג'ויסטיק אנלוגי עשוי להיות מרתיע במיוחד מכיוון שאין לוח פריצה לסיכות. לא לדאוג! כל הג'ויסטיקים האנלוגיים פועלים על אותו עקרון מנחה ובדרך כלל יש את אותו pinout.

בעיקרו של דבר, ג'ויסטיקים אנלוגיים הם רק שני פוטנציומטרים שמשנים את ההתנגדות כאשר הם נעים לכיוונים שונים. לדוגמה, כאשר אתה מזיז את הג'ויסטיק ימינה, פוטנציומטר ציר ה- x משנה את הערך. כעת כאשר אתה מזיז את הג'ויסטיק קדימה, פוטנציומטר ציר ה- y משנה את ערכו.

עם זאת בחשבון, אם נסתכל על החלק התחתון של הג'ויסטיק האנלוגי, נראה 6 סיכות, 3 עבור פוטנציומטר ציר ה- x ו- 3 עבור הפוטנציומטר של ציר y. כל שעליך לעשות הוא לחבר 5V וקרקע לפינים החיצוניים ולחבר את הסיכה האמצעית לכניסה אנלוגית על הארדואינו.

זכור כי הערכים עבור הפוטנציומטר ימוינו ל- 1024 ולא 512! המשמעות היא שעלינו להשתמש בפונקציית המפה () המובנית בארדואינו כדי לשלוט על כל הפלט הדיגיטלי (כמו אות ה- PWM בו אנו משתמשים כדי לשלוט ב- L293D). זה כבר נעשה בקוד אבל אם אתה מתכנן לכתוב תוכנית משלך עליך לזכור זאת.

שלב 16: חיבורי בקר

החיבורים בין NRF24 לננו עדיין זהים עבור הבקר אך מינוס חיבור IRQ.

מעגל הבקר מוצג למעלה.

Modding בקר הוא בהחלט סוג של אמנות. כבר אמרתי את הנקודה הזו אינספור פעמים, אבל פשוט אי אפשר לכתוב צעד אחר צעד כיצד לעשות זאת. כך, בדומה למה שעשיתי קודם, אתן כמה טיפים על מה שלמדתי בעת ביצוע הבקר שלי.

שלב 17: טיפ 1: השתמש בחלקים העומדים לרשותך

המקום ממש צמוד בבקר, לכן, אם אתה רוצה לכלול כניסות אחרות לרכב, השתמש במתגים ובכפתורים שכבר קיימים. עבור הבקר שלי, חיברתי ל- Nano גם פוטנציומטר ומתג תלת כיווני.

דבר נוסף שיש לזכור כי זהו הבקר שלך. אם הסיכות לא מתאימות לדמיון שלך אתה תמיד יכול לסדר אותן מחדש!

שלב 18: טיפ 2: הסר עקבות מיותרים

מכיוון שאנו משתמשים בלוח המקורי, עליך לגרד את כל העקבות המגיעים לג'ויסטיקים האנלוגיים ולכל חיישנים אחרים שבהם אתה משתמש. בכך אתה מונע את הסיכוי להתנהגות חיישן בלתי צפויה להתרחש.

כדי לבצע את החיתוכים האלה, פשוט השתמשתי בחותך קופסאות וקלעתי את ה- PCB כמה פעמים כדי להפריד באמת את העקבות.

שלב 19: טיפ 3: שמור על החוטים קצרים ככל שניתן

טיפ זה מדבר באופן ספציפי על קווי ה- SPI שבין Arduino למודול NRF24, אך זה נכון גם לגבי החיבורים האחרים. ה- NRF24L01+ רגיש במיוחד להפרעות, כך שאם רעש יתקבל על ידי החוטים הוא יהרוס את הנתונים. זהו אחד החסרונות העיקריים של תקשורת SPI. באופן דומה, על ידי שמירה על החוטים קצרים ככל האפשר, אתה גם הופך את הבקר כולו לנקי ומאורגן יותר.

שלב 20: טיפ 4: מיקום! מיקום! מיקום

מלבד שמירה על החוטים קצרים ככל האפשר, פירוש הדבר גם שמירה על המרחק בין החלקים קצר ככל האפשר.

כאשר אתם מחפשים אחר מקומות להרכיב את NRF24 והארדואינו, זכרו לשמור אותם קרוב ככל האפשר זה לזה ולג'ויסטיקים.

דבר נוסף שכדאי לזכור הוא היכן לשים את מודול NRF24. כפי שנאמר קודם לכן, גלי רדיו אינם מסוגלים לעבור דרך מתכת, לכן עליך להתקין את המודול ליד צד הבקר. לשם כך חתכתי חריץ קטן עם Dremel כדי לתת ל- NRF24 להיחלץ מהצד.

שלב 21: קוד

כנראה שהחלק החשוב ביותר בבנייה זו הוא הקוד האמיתי. צירפתי הערות והכל כך שלא אסביר כל תוכנית שורה אחר שורה.

עם זאת, כמה דברים חשובים שאני רוצה לציין הוא שתצטרך להוריד את ספריית NRF24 כדי להפעיל את התוכניות. אם עדיין אין לך את הספריות מותקנות, אני מציע שתעיין במדריכים המקושרים בסעיף קריאות נוספות כדי ללמוד כיצד. כמו כן, בעת שליחת אותות ל- L293D, לעולם אל תפעיל את סיכות הכיוון על שניהם. זה יקצר את נהג המנוע ויגרום לו להישרף.

גיטוב-

שלב 22: מוצר סופי

לבסוף, לאחר שנה של איסוף אבק ו -3 שבועות של עבודת כפיים, סוף סוף סיימתי לייצר את מכונית ה- RC המורכבת. למרות שאני חייב להודות, הוא אינו חזק בשום מקום כמו המכוניות שנראו בהקדמה הוא יצא הרבה יותר טוב ממה שחשבתי. המכונית יכולה לנהוג במשך 40 דקות לפני שנגמר לה החשמל ויכול להגיע עד 150 מטרים מהבקר.

כמה דברים שבהחלט הייתי עושה כדי לשפר את המכונית הוא החלפת ה- L293D ל- L298, נהג מנוע גדול וחזק יותר. דבר נוסף שהייתי עושה הוא להחליף את מודול רדיו NRF המוגדר כברירת מחדל עבור גרסת האנטנה המוגברת. שינויים אלה יגדילו את המומנט ואת טווח המכונית בהתאמה.

שלב 23: קריאות נוספות:

NRF24L01+

• גליון הנתונים של Nordic Semiconductor
• תקשורת SPI (מאמר)
• התקנה בסיסית (וידאו)
• הדרכה לעומק (מאמר)
• טיפים וטריקים מתקדמים (סדרות וידאו)

L293D

• גליון הנתונים של טקסס אינסטרומנטס
• הדרכה לעומק (מאמר)