HackerBoxes 0013: ספורט אוטומטי: 12 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

AUTOSPORT: החודש, האקרים האקס בוקרים חוקרים אלקטרוניקה לרכב. מדריך זה מכיל מידע לעבודה עם HackerBoxes #0013. אם תרצה לקבל תיבה כזאת ישירות לתיבת הדואר שלך בכל חודש, זה הזמן להירשם ל- HackerBoxes.com ולהצטרף למהפכה!

נושאים ויעדי למידה עבור HackerBox זה:

• התאמת ה- NodeMCU עבור Arduino
• הרכבת ערכת רכב דו -וודית
• חיווט NodeMCU לשליטה בערכת רכב דו -ממדית
• שליטה ב- NodeMCU באמצעות WiFi באמצעות Blynk
• שימוש בחיישנים לניווט אוטונומי
• עבודה עם אבחון משולב לרכב (OBD)

HackerBoxes הוא שירות תיבות המנויים החודשי לאלקטרוניקה DIY וטכנולוגיית מחשבים. אנחנו חובבים, יוצרים ונסיינים. לפרוץ לפלנטה!

שלב 1: HackerBoxes 0013: תכולת הקופסה

• כרטיס הפניה אספנות של HackerBoxes #0013
• ערכת מארז 2WD לרכב
• מודול מעבד WiFi NodeMCU
• מגן מנוע עבור NodeMCU
• בלוק מגשר למגן מנוע
• תיבת סוללה (4 x AA)
• חיישן טווח קולי HC-SR04
• חיישני רפלקטיביות IR TCRT5000
• מגשרים נקבה-נקבה DuPont 10 ס"מ
• שני מודולי לייזר אדומים
• מיני ELM327 אבחון משולב (OBD)
• מדבקת מירוץ בלעדית של האקרבוקס

עוד כמה דברים שיהיו מועילים:

• ארבע סוללות AA
• סרט קצף דו צדדי או רצועות סקוטש
• כבל microUSB
• טלפון חכם או טאבלט
• מחשב עם Arduino IDE

והכי חשוב, תזדקק לתחושת הרפתקה, רוח DIY וסקרנות האקרים. אלקטרוניקה חובבנית הארדקור לא תמיד קלה, אך כאשר אתה מתמיד ונהנה מההרפתקה, סיפוק רב עשוי להיגזר מהתמדה והפעלת הפרויקטים שלך. פשוט עשה כל צעד לאט, הקפד על הפרטים, ואל תהסס לבקש עזרה.

שלב 2: אלקטרוניקה לרכב ומכוניות לנהיגה עצמית

אלקטרוניקה לרכב היא כל מערכת אלקטרונית המשמשת כלי רכב. אלה כוללים מחשבי מחשב, טלמטיקה, מערכות בידור ברכב וכו '. מקור האלקטרוניקה ברכב מהצורך לשלוט במנועים. הראשונים שימשו לשליטה בתפקודי המנוע ונקראו יחידות בקרת מנוע (ECU). כאשר החלו להשתמש בבקרות אלקטרוניות ליישומי רכב נוספים, ראשי התיבות ECU קיבלו את המשמעות הכללית יותר של "יחידת בקרה אלקטרונית", ולאחר מכן פותחו ECU ספציפיים. כעת, ECU הם מודולריים. שני סוגים כוללים מודולי בקרת מנוע (ECM) או מודולי בקרת הילוכים (TCM). מכונית מודרנית עשויה להכיל עד 100 ECU.

מכוניות נשלטות ברדיו (מכוניות R/C) הן מכוניות או משאיות הניתנות לשליטה מרחוק באמצעות משדר או שלט מיוחד. המונח "R/C" שימש כ"שלט רחוק "וגם" נשלט ברדיו ", אך שימוש נפוץ ב-" R/C "כיום מתייחס בדרך כלל לרכבים הנשלטים על ידי קישור תדר רדיו.

מכונית אוטונומית (מכונית ללא נהג, מכונית בנהיגה עצמית, מכונית רובוטית) היא רכב המסוגל לחוש את סביבתו ולנווט ללא קלט אנושי. מכוניות אוטונומיות יכולות לזהות את הסביבה באמצעות מגוון טכניקות כגון מכ ם, לידאר, GPS, מד מרחק וראייה ממוחשבת. מערכות בקרה מתקדמות מפרשות מידע חושי לזיהוי נתיבי ניווט מתאימים, כמו גם מכשולים ושילוט רלוונטי. למכוניות אוטונומיות יש מערכות בקרה המסוגלות לנתח נתונים חושיים כדי להבחין בין מכוניות שונות בכביש, דבר שמועיל מאוד בתכנון מסלול ליעד הרצוי.

שלב 3: Arduino עבור NodeMCU

NodeMCU היא פלטפורמת IoT בקוד פתוח. הוא כולל קושחה הפועלת ב- ESP8266 Wi-Fi SoC ממערכות Espressif וחומרה המבוססת על מודול ESP-12.

כעת ניתן להרחיב את ה- Arduino IDE בקלות לתמיכה בתכנות מודולי NodeMCU כאילו היו כל פלטפורמת פיתוח אחרת של Arduino.

כדי להתחיל, ודא שהתקנת את Arduino IDE (www.arduino.cc) וכן מנהלי התקנים לשבב ה- Serial-USB המתאים במודול NodeMCU שבו אתה משתמש. כרגע רוב המודולים של NodeMCU כוללים את שבב ה- USB-Serial CH340. ליצרן שבבי CH340 (WCH.cn) יש מנהלי התקנים זמינים לכל מערכות ההפעלה הפופולריות. בדוק את עמוד התרגום של גוגל לאתר שלהם.

הפעל את Ardino IDE, היכנס להעדפות, ואתר את השדה להזנת "כתובות URL נוספות של מנהל לוח"

הדבק את כתובת האתר הזו:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

להתקנת מנהל הלוח עבור ESP8266.

לאחר ההתקנה, סגור את IDE ולאחר מכן הפעל אותו מחדש.

כעת חבר את מודול NodeMCU למחשב שלך באמצעות כבל microUSB (כפי שרוב הטלפונים והטאבלטים משתמשים בו).

בחר את סוג הלוח בתוך Arduino IDE כ NodeMCU 1.0

אנחנו תמיד אוהבים לטעון ולבדוק את ההדגמה המהבהבת על לוח Arduino חדש רק כדי לקבל ביטחון שהכל פועל כראוי. ה- NodeMCU אינו יוצא מן הכלל, אך עליך לשנות את סיכת ה- LED מ- pin13 ל- pin16 לפני הידור והעלאה. וודא שהבדיקה המהירה הזו פועלת כראוי לפני שעוברים למשהו מסובך יותר עם ה- Arduino NodeMCU.

להלן מדריך העובר על תהליך ההתקנה של Arduino NodeMCU עם כמה דוגמאות יישומים שונות. זה קצת מוטה מהמטרה כאן, אבל זה עשוי להיות מועיל לחפש נקודת מבט נוספת אם אתה נתקע.

שלב 4: ערכת מארז לרכב 2WD

תכולת ערכת מארז 2WD לרכב:

• מארז אלומיניום (הצבעים משתנים)
• שני מנועי DC90
• שני גלגלים עם צמיגי גומי
• גלגלת חופשית
• חומרת הרכבה
• חומרת הרכבה

מנועי FM90 DC נראים כמו סרוו מיקרו מכיוון שהם בנויים באותו פלסטיק כמו מיקרו סרוו נפוצים, כגון FS90, FS90R או SG92R. עם זאת, ה- FM90 אינו סרוו. FM90 הוא מנוע DC עם רכבת הילוכים מפלסטיק.

מהירות מנוע FM90 נשלטת על ידי אפנון רוחב הדופק (PWM) של מוליכי הכוח. הכיוון נשלט על ידי החלפת קוטביות ההספק כמו בכל מנוע DC מוברש. FM90 יכול לפעול על 4-6 וולט DC. למרות שהוא קטן, הוא אכן שואב מספיק זרם כדי לא להניע אותו ישירות מסיכת מיקרו -בקר. יש להשתמש בנהג מנוע או גשר H.

מפרט מנוע DC90 DC:

• מידות: 32.3mm x 12.3mm x 29.9mm / 1.3 "x 0.49" x 1.2"
• ספירת סד: 21
• משקל: 8.4 גרם
• מהירות ללא עומס: 110 סל"ד (4.8 וולט) / 130 סל"ד (6 וולט)
• זרם ריצה (ללא עומס): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• מומנט שיא דוכן (4.8v): 1.3 ק"ג/ס"מ/18.09 עוז/אינץ
• מומנט שיא דוכן (6v): 1.5 ק"ג/ס"מ/20.86 עוז/אינץ
• זרם דוכן: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

שלב 5: שלדת רכב: הרכבה מכנית

ניתן להרכיב את מארז הרכב בקלות על פי תרשים זה.

שימו לב שישנן שתי שקיות חומרה קטנות. האחד כולל חומרת הרכבה עם שישה עמידות 5mm-M3 מפליז יחד עם ברגים ואומים תואמים. חומרת הרכבה זו עשויה להיות שימושית בשלבים מאוחרים יותר של התקנת בקרים, חיישנים ופריטים אחרים לשלדה.

לשלב זה נשתמש בחומרת ההרכבה הכוללת:

• ארבעה ברגים דקים מסוג M2x8 ואומים קטנים תואמים להדבקת המנועים
• ארבעה ברגים עבים יותר M3x10 ואומים תואמים גדולים יותר להדבקת גלגל הגלגלים
• שני ברגים PB2.0x8 עם חוטים גסים להדבקת הגלגלים על המנועים

שים לב כי מנועי FM90 מכוונים כך שחוטי החוטים נמשכים מהחלק האחורי של השלדה המורכבת.

שלב 6: מארז לרכב: הוסף Power Pack ובקר

לוח מגן מנוע ESP-12E תומך בחיבור ישיר של מודול NodeMCU. מגן המנוע כולל שבב של נהג מנוע לדחוף-משיכה L293DD (גליון נתונים). יש לחווט את מוליכי חוטי המנוע למסופי הבורג A+/A ו- B+/B על מגן המנוע (לאחר הסרת המחברים). יש לחבר את מוליכי הסוללה למסופי בורג הכניסה לסוללה.

אם אחד הגלגלים מסתובב בכיוון הלא נכון, ניתן להחליף את חוטי המנוע המתאים במסופי הבורג, או להפוך את סיב הכיוון בקוד (השלב הבא).

יש כפתור הפעלה מפלסטיק על מגן המנוע להפעלת אספקת כניסת הסוללה. ניתן להשתמש בלוק המגשר כדי לנתב את הכוח ל- NodeMCU ממגן המנוע. ללא בלוק המגשר מותקן, ה- NodeMCU יכול להפעיל את עצמו מכבל ה- USB. כאשר בלוק המגשר מותקן (כפי שמוצג), הסוללה מספקת את המנועים ומונעת גם למודול NodeMCU.

מגן המנוע וחבילת הסוללה ניתנים להרכבה על המארז על ידי קישור חורי הברגים עם פתחים זמינים בשלדת האלומיניום. עם זאת, קל לנו יותר פשוט להצמיד אותם לשלדה באמצעות סרט קצף דו צדדי או רצועות סקוטש דביקות.

שלב 7: מארז לרכב: תכנות ובקרת Wi-Fi

Blynk היא פלטפורמה עם יישומי iOS ו- Android לשליטה ב- Arduino, Raspberry Pi וחומרה אחרת דרך האינטרנט. זהו לוח מחוונים דיגיטלי שבו תוכל לבנות ממשק גרפי לפרויקט שלך על ידי גרירה ושחרור של ווידג'טים. זה ממש פשוט להגדיר הכל ותתחיל להתעסק מיד. Blynk יביא אותך לאינטרנט ומוכן לאינטרנט של הדברים שלך.

התסריט של HBcar.ino Arduino הכלול כאן מראה כיצד להתממשק ארבעה כפתורים (קדימה, אחורה, ימין ושמאל) בפרויקט Blynk לשליטה במנועים על שלדת המכונית 2WD.

לפני ההרכבה, יש לשנות שלוש מחרוזות בתוכנית:

• SSID Wi-Fi (עבור נקודת הגישה ל- Wi-Fi שלך)
• סיסמת Wi-Fi (עבור נקודת הגישה ל- Wi-Fi שלך)
• אסימון הרשאת Blynk (מפרויקט Blynk שלך)

שים לב מהקוד לדוגמא שבב L293DD במגן המנוע מחובר כדלקמן:

• סיכת GPIO 5 למהירות מנוע A
• סיכת GPIO 0 לכיוון מנוע A
• סיכת GPIO 4 למהירות מנוע B
• סיכת GPIO 2 לכיוון מנוע B.

שלב 8: חיישנים לניווט אוטונומי: מאתר טווח קולי

מאתר הטווח הקולי HC-SR04 (גליון נתונים) יכול לספק מדידות של כ 2 ס"מ עד 400 ס"מ עם דיוק של עד 3 מ"מ. מודול HC-SR04 כולל משדר קולי, מקלט ומעגל בקרה.

לאחר חיבור ארבע קופצות נקבה לנקבים של ה- HC-SR04, עיטוף של סרט דבק סביב המחברים יכול לסייע הן לבודד את החיבורים מקוצר למארז האלומיניום והן לספק מסה גמישה להיטבע לתוך החריץ שבחלק הקדמי של המארז כפי שמוצג.

בדוגמה זו ניתן לחבר את ארבעת הסיכות ב- HC-SR04 למגן המנוע:

• VCC (ב- HC-SR04) ל- VIN (על מגן המנוע)
• טריגר (ב- HC-SR04) ל- D6 (על מגן המנוע)
• הד (ב- HC-SR04) ל- D7 (על מגן המנוע)
• GND (ב- HC-SR04) עד GND (על מגן המנוע)

VIN תספק כ- 6VDC ל- HC-SR04, שצריך רק 5V. עם זאת, נראה שזה עובד בסדר. רכבת החשמל הזמינה האחרת (3.3V) מתאימה לפעמים להדלקת מודול HC-SR04 (בהחלט נסה זאת), אך לפעמים זה אינו מספיק מתח.

לאחר חיבור זה, נסה את קוד הדוגמה NodeMCUping.ino כדי לבדוק את פעולתו של HC-SR04. המרחק מהחיישן לכל אובייקט מודפס על הצג הסדרתי (לוח 9600) בסנטימטרים. קבל את הסרגל שלנו ובדוק את הדיוק. מרשים לא?

כעת, כשיש לך רמז זה, נסה דבר כזה לרכב אוטונומי מונע התנגשות:

1. קדימה עד למרחק <10 ס"מ
2. לַעֲצוֹר
3. הפוך מרחק קטן (אופציונלי)
4. סובב זווית אקראית (זמן)
5. לולאה לשלב 1

למידע כללי על רקע, להלן סרטון הדרכה מלא בפרטים לשימוש במודול HC-SR04.

שלב 9: חיישנים לניווט אוטונומי: רפלקטיביות אינפרא אדום (IR)

מודול חיישן הרפלקטיבי של IR משתמש ב- TCRT5000 (גליון נתונים) לאיתור צבע ומרחק. המודול פולט אור IR ואז מזהה אם הוא מקבל השתקפות. הודות ליכולתו לזהות אם משטח לבן או שחור, חיישן זה משמש לעתים קרובות בתור בעקבות רובוטים ורישום נתונים אוטומטי במדדי השירות.

טווח מרחק המדידה הוא בין 1 מ"מ ל -8 מ"מ, והנקודה המרכזית היא כ -2.5 מ"מ. יש גם פוטנציומטר על הלוח להתאמת הרגישות. דיודת ה- IR תוציא אור IR ברציפות כאשר המודול מחובר לחשמל. כאשר האור האינפרא אדום הנפלט אינו משתקף, הטריודה תהיה במצב כבוי וגורמת לפלט הדיגיטלי (D0) להצביע על היגיון LOW.

שלב 10: קורות לייזר

ניתן להשתמש במודולי לייזר נפוצים של 5mW 5V להוספת קרני לייזר אדומות כמעט לכל דבר שיש לו כוח 5V זמין.

שים לב שמודולים אלה יכולים להיפגע בקלות, ולכן HackerBox #0013 כולל זוג שיספקו גיבוי. שמור על מודולי הלייזר שלך!

שלב 11: אבחון משולב לרכב (OBD)

אבחון משולב (OBD) הוא מונח רכב המתייחס ליכולת האבחון והדיווח העצמי של הרכב. מערכות OBD מעניקות לבעל הרכב או לטכנאי התיקונים גישה למעמד של תת מערכות הרכב השונות. כמות המידע האבחוני הזמין באמצעות OBD השתנתה מאוד מאז הוצגה בגרסאות המוקדמות של שנות השמונים של מחשבי הרכב המשולבים. גרסאות מוקדמות של OBD פשוט יאירו נורת חיווי תקלה אם תתגלה בעיה אך לא תספק מידע לגבי מהות הבעיה. יישומי OBD מודרניים משתמשים ביציאת תקשורת דיגיטלית סטנדרטית על מנת לספק נתונים בזמן אמת בנוסף לסדרה תקנית של תקלות אבחון, או DTC, המאפשרים לזהות ולתקן במהירות תקלות בתוך הרכב.

OBD-II הוא שיפור הן ביכולת והן בתקינה. תקן OBD-II מציין את סוג מחבר האבחון ואת סיכתו, את פרוטוקולי האיתות החשמליים הזמינים ואת פורמט ההודעות. הוא מספק גם רשימת מועמדים של פרמטרי רכב לניטור יחד עם אופן קידוד הנתונים עבור כל אחד מהם. במחבר יש סיכה המספקת כוח לכלי הסריקה מסוללת הרכב, מה שמבטל את הצורך לחבר כלי סריקה למקור חשמל בנפרד. OBD-II קודי בעיות אבחון הם בני 4 ספרות, לפניהם אות: P למנוע ולתיבת הילוכים (הנעה), B לגוף, C לשלדה ו- U לרשת. היצרנים עשויים גם להוסיף פרמטרי נתונים מותאמים אישית ליישום OBD-II הספציפי שלהם, כולל בקשות נתונים בזמן אמת וכן קודי בעיות.

ELM327 הוא מיקרו-בקר מתוכנת לממשק לממשק האבחון המשולב (OBD) המצוי ברוב המכוניות המודרניות. פרוטוקול הפקודה ELM327 הוא אחד הסטנדרטים הפופולריים ביותר של ממשק PC-to-OBD והוא מיושם גם על ידי ספקים אחרים. ELM327 המקורי מיושם על המיקרו -בקר PIC18F2480 מטכנולוגיית Microchip. ELM327 מפשט את הפרוטוקול ברמה נמוכה ומציג ממשק פשוט שניתן להתקשר אליו באמצעות UART, בדרך כלל באמצעות כלי אבחון ביד או תוכנית מחשב המחוברת באמצעות USB, RS-232, Bluetooth או Wi-Fi. תפקידה של תוכנה כזו עשוי לכלול מכשור רכב משלים, דיווח על קודי שגיאה וניקוי קודי שגיאה.

למרות שמומנט הוא כנראה הידוע ביותר, ישנם יישומים רבים שניתן להשתמש בהם עם ELM327.

שלב 12: לפרוץ את הפלנטה

תודה ששיתפת את ההרפתקה שלנו בתחום האלקטרוניקה ברכב. אם נהנית מ- Instrucable זה וברצונך לקבל תיבה של פרויקטים אלקטרוניים כמו זה ישירות לתיבת הדואר שלך בכל חודש, אנא הצטרף אלינו על ידי הרשמה כאן.

הושיט יד ושתף את הצלחתך בתגובות למטה ו/או בדף הפייסבוק של HackerBoxes. בהחלט יידע אותנו אם יש לך שאלות או שאתה זקוק לעזרה במשהו. תודה שהיית חלק מהאקרבוקס. אנא המשיכו את ההצעות והמשוב שלכם. HackerBoxes הם הקופסאות שלך. בואו להכין משהו נהדר!