Αυτόνομο αυτοκίνητο RC: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Με την άνοδο των αυτόνομων, αυτόνομων αυτοκινήτων σήμερα, αποφάσισα να αναλάβω την πρόκληση να φτιάξω ένα δικό μου. Αυτό το έργο χρησίμευσε επίσης ως το κορυφαίο μου έργο στα μαθήματα μηχανικού σχεδιασμού και ανάπτυξης και ρομποτικής και έλαβε ένα βραβείο για το καλύτερο αυτόνομο όχημα σε διαγωνισμό STEM λυκείου.

Αντί να ξεκινήσω από την αρχή, επέλεξα να χρησιμοποιήσω ένα αυτοκίνητο RC που είχαμε ήδη και το συνδύασα με έναν πίνακα RedBoard Arduino Uno. Επέλεξα το Arduino λόγω της σχετικής ευκολίας χρήσης και προγραμματισμού του.

Για όσους αναρωτιούνται, αυτό το αυτοκίνητο διαθέτει Redcat Racing 03061 Splash-Resistant ESC με βουρτσισμένο κινητήρα. Το ESC ήταν ήδη προγραμματισμένο χρησιμοποιώντας το χειριστήριο που συνοδεύει το αυτοκίνητο. Δεν το έχω δοκιμάσει με κινητήρα χωρίς ψήκτρες αφού δεν το έχουμε στο χέρι, αλλά ο καθένας είναι ευπρόσδεκτος να δοκιμάσει αυτό το έργο με κινητήρα χωρίς ψήκτρες.

Εν συντομία, αυτό το αυτοκίνητο συλλέγει δεδομένα από (5) υπερηχητικούς αισθητήρες HC-SR04. Αυτά τα δεδομένα πηγαίνουν πίσω στο Arduino, όπου λαμβάνει αποφάσεις σχετικά με τον τρόπο μετακίνησης. Στη συνέχεια, το Arduino ελέγχει ανάλογα το σερβο και τον κινητήρα του τιμονιού. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί την τυπική σερβο βιβλιοθήκη Arduino για να το κάνει αυτό και δεν απαιτούνται πρόσθετες βιβλιοθήκες.

Το αυτοκίνητο είναι σε θέση να ελέγχει μεταβλητή ταχύτητα μέσω ενός ποτενσιόμετρου και να υποστηρίζει από έναν τοίχο όταν χτυπά ένα. Επιπλέον, το αυτοκίνητο μπορεί να διορθωθεί αν παρασυρθεί πολύ κοντά σε έναν τοίχο χαλαρώνοντας.

Βήμα 1: Λίστα μερών

Αποποίηση ευθυνών: Δεν συμπεριλαμβάνω τα εξαρτήματα που απαιτούνται για το ίδιο το αυτοκίνητο, μόνο τα επιπλέον μέρη πέρα από το αυτοκίνητο. Ένα ESC, κινητήρας, σασί, μπαταρία κ.λπ. θα είναι όλα απαραίτητα για αυτό.

Θα χρειαστείτε:

(1) Arduino Uno - τα knockoffs θα λειτουργήσουν μια χαρά

(1) Breadboard - για αυτό το έργο, πήρα τη ράγα +/- από το ένα breadboard και χρησιμοποίησα ένα άλλο, μικρότερο breadboard. Οποιοδήποτε μέγεθος θα κάνει.

(5) Υπερηχητικοί αισθητήρες HC-SR04

(1) Ποτενσιόμετρο - χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας του αυτοκινήτου

(20) Γυναικεία -αρσενικά καλώδια Dupont - σας συνιστώ ανεπιφύλακτα να χρησιμοποιείτε περισσότερα ως επεκτάσεις για άλλα καλώδια, εάν χρειάζεται

Συγκολλητικό σίδερο με κόλληση

Τροφοδοτικό Arduino - σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποίησα (6) μπαταρίες AA 1.2V ενσύρματες σε σειρά. Οι εξωτερικές τράπεζες τροφοδοσίας τηλεφώνου και tablet όπως αυτή θα λειτουργούν επίσης καλά όταν συνδέονται στη θύρα USB.

Ταινία, ζεστή κόλλα και/ή άλλα αντικείμενα που χρησιμοποιούνται για τη στερέωση αντικειμένων μεταξύ τους

(1) Εναλλαγή διακόπτη (προαιρετικό - το χρησιμοποιώ για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του Arduino)

Βήμα 2: Τοποθετήστε τους αισθητήρες

Πρώτον, θα θέλετε να τοποθετήσετε σωστά και να στερεώσετε τους αισθητήρες. Έχω (1) αισθητήρα προς τα εμπρός, (2) αισθητήρες υπό γωνία περίπου 45 μοίρες και (2) αισθητήρες στα πλάγια του αυτοκινήτου. Τρισδιάστατα εκτύπωσα στηρίγματα στερέωσης για τις πλευρές και το μπροστινό μέρος και χρησιμοποίησα θερμή κόλλα για να στερεώσω τους μπροστινούς αισθητήρες υπό γωνία, καθώς η θερμή κόλλα δεν είναι αγώγιμη. Τα στηρίγματα στερέωσης για τις πλευρές και το μπροστινό μέρος μπορούν να μεταφορτωθούν και να εκτυπωθούν 3D.

Βήμα 3: Προσθέστε το Breadboard και το Ποτενσιόμετρο

Στη συνέχεια, θα θελήσετε να προσθέσετε στο ψωμί και ποτενσιόμετρο ελέγχου ταχύτητας πριν ξεκινήσετε την καλωδίωση. Εδώ χρησιμοποίησα ένα μικρό breadboard και το +/- από ένα άλλο breadboard λόγω χώρου στο αμάξωμα του αυτοκινήτου, αλλά μια τυπική σανίδα ψωμιού θα κάνει επίσης μια χαρά.

Βήμα 4: Σύρμα τα πάντα

Αυτό είναι ίσως το μεγαλύτερο βήμα και ένα λάθος καλώδιο μπορεί να προκαλέσει τη μη σωστή λειτουργία του αυτοκινήτου. Ανατρέξτε στο διάγραμμα Fritzing παραπάνω για επιπλέον καθοδήγηση.

Ξεκινήστε συνδέοντας τον πείρο 5v του Arduino σας με τη θετική ράγα στο breadboard και τον πείρο GND του Arduino σας με την αρνητική ράγα του breadboard.

Στη συνέχεια, συνδέστε τους αισθητήρες σόναρ. Οι αισθητήρες HC-SR04 φέρουν την κάθε μία από τις τέσσερις ακίδες τους. Αυτοί είναι:

VCC - ισχύς 5v

Trig - σκανδάλη για να στείλετε έναν παλμό υπερήχων

Echo - καρφίτσα λήψης που μετρά τη διάρκεια του παλμού

GND - καρφίτσα γείωσης

Χρησιμοποιήστε θηλυκά αρσενικά καλώδια Dupont για αυτό. Κάθε μία από τις καρφίτσες VCC πρέπει να συνδέεται με τη θετική ράγα του breadboard και κάθε μία από τις καρφίτσες GND πρέπει να συνδέεται με την αρνητική ράγα του breadboard. Χρησιμοποίησα επιπλέον θηλυκά-αρσενικά καλώδια Dupont ως προεκτάσεις για αυτό το μέρος, επειδή είχα ένα πρόβλημα με ορισμένα καλώδια που δεν ήταν αρκετά μακριά.

Στη συνέχεια, συνδέστε τις καρφίτσες Trig και Echo στο Arduino. Αυτά θα συνδεθούν με τις ψηφιακές ακίδες του Arduino ως εξής:

Εμπρός αισθητήρας:

Trig - pin 6

Ηχώ - ακίδα 7

Αισθητήρας αριστερής πλευράς:

Trig - 4

Ηχώ - 5

Αισθητήρας δεξιάς πλευράς:

Trig - 2

Ηχώ - 3

Εμπρός αριστερός αισθητήρας:

Trig - 10

Ηχώ - 11

Αισθητήρας εμπρός δεξιά:

Trig - 9

Ηχώ - 8

Στη συνέχεια, συνδέστε το σερβό τιμονιού, το ESC κινητήρα και το ποτενσιόμετρο ελέγχου ταχύτητας.

Αρχικά, ξεκινήστε με το σερβο σέρβις. Το σερβο στο αυτοκίνητό μου είχε κόκκινα, πορτοκαλί και καφέ σύρματα. Τα χρώματα μπορεί να διαφέρουν λίγο, αλλά όλα θα είναι ενσύρματα παρόμοια:

Καφέ σύρμα (γείωση) - συνδέστε τη με αρνητική ράγα από ψωμί

Κόκκινο σύρμα (ισχύς 5v) - συνδέστε με ράγα 5board breadboard

Πορτοκαλί σύρμα (σήμα) - συνδέστε τον ακροδέκτη 13 στο Arduino σας

Το ESC - ή ο ηλεκτρονικός ελεγκτής ταχύτητας - που ελέγχει τον κινητήρα είναι ενσύρματα παρόμοια. Σε αυτή την περίπτωση, τα καλώδια είναι λευκά, κόκκινα και μαύρα.

Λευκό (σήμα) - Συνδεθείτε στο pin 12 στο Arduino σας

Κόκκινο (5v) - ΜΗΝ συνδέεστε με τίποτα. Λόγω αύξησης της ηλεκτρικής ενέργειας που ρέει προς τα πίσω όταν ο κινητήρας σταματήσει, το 5v δεν πρέπει να συνδεθεί. Θα μπορούσατε να τηγανίσετε μια θύρα USB ή, ενδεχομένως, το Arduino σας.

Μαύρο (έδαφος) - συνδέστε με αρνητική ράγα ψωμιού

Τέλος, σύρμα το ποτενσιόμετρο που βάλατε στο ψωμί σας νωρίτερα. Μικροί αριθμοί πιθανότατα τυπώνονται σε αυτό κάπου. Θα πρέπει να συνδεθεί ως εξής:

1 (αριστερή καρφίτσα) - συνδέστε τη με αρνητική ράγα σανίδων

2 (μεσαία καρφίτσα) - συνδεθείτε στο pin A0 στο Arduino σας

3 (δεξιός πείρος) - συνδέστε τη με θετική ράγα ψωμιού

Η καλωδίωση θα φαίνεται πολύ ακατάστατη, οπότε αν θέλετε να κάνετε κάποια διαχείριση καλωδίων, τώρα θα ήταν η ώρα να το κάνετε.

Βήμα 5: Τροφοδοσία του Arduino

Στη συνέχεια, θα θελήσετε να δημιουργήσετε μια λύση ισχύος για το Arduino. Δύο ξεχωριστές πηγές ενέργειας χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο: η μπαταρία για το αυτοκίνητο και η μπαταρία για το Arduino. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποίησα (6) επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ΑΑ 1.2V ενσύρματες σε σειρά. Θα λειτουργήσουν και φορητές τράπεζες κινητής τηλεφωνίας, απλώς βεβαιωθείτε ότι έχετε ένα καλώδιο που συνδέεται στη θύρα USB του Arduino (όπως μίνι USB).

Λάβετε υπόψη ότι οι μπαταρίες 9v ΔΕΝ θα λειτουργήσουν με αυτό το έργο. Λόγω του τρόπου με τον οποίο έχουν σχεδιαστεί οι μπαταρίες 9v, η τάση είναι επαρκής για να λειτουργήσει το Arduino, αλλά το ρεύμα που βγαίνει από την μπαταρία θα προκαλέσει το θάνατό του σε χρόνο μηδέν. Είχα επίσης προβλήματα με τυχαίες επανεκκινήσεις στην μπαταρία 9v.

Εάν επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε τη λύση που χρησιμοποίησα, θα χρειαστείτε:

(6) Μπαταρίες ΑΑ (οι αλκαλικές μπαταρίες λειτουργούν επίσης καλά)

Υποδοχές μπαταρίας AA για όλες τις (6) μπαταρίες. Αυτό θα λειτουργούσε τέλεια και δεν απαιτεί καν να χρησιμοποιήσετε κολλητήρι. Για την παροχή που έκανα, συγκράτησα με δύο αλυσίδες (3) δύο μπαταρίες όπως απεικονίζεται, κόλλησα τα θετικά/αρνητικά καλώδια μαζί, πήρα το βύσμα τροφοδοσίας DC από έναν προσαρμογέα μπαταρίας 9v και το κόλλησα στο τέλος θετικό και αρνητικό καλώδια. Στη συνέχεια κόλλησα έναν διακόπτη τροφοδοσίας σε σειρά με το τροφοδοτικό για ευκολία ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του Arduino. Αυτό είναι εντελώς προαιρετικό.

Βήμα 6: Ανεβάστε το πρόγραμμα Arduino

Στη συνέχεια, θα χρειαστεί να ανεβάσετε το πρόγραμμα στο Arduino. Κατεβάστε το πρόγραμμα εδώ και ανεβάστε το στο Arduino σας μέσω του Arduino IDE.

Για όσους από εσάς θα μπορούσατε να εξετάσετε την τροποποίηση του κώδικα, έχω συμπεριλάβει ψευδοκώδικα που εξηγεί τι κάνει το κάθε μέρος.

EDIT 25/9/18 - Πρόσθεσα ένα δεύτερο πρόγραμμα για να το κάνω να κινείται στη μέση δύο τοίχων. Δεν είχα την ευκαιρία να δοκιμάσω τον κωδικό λόγω της μη πρόσβασης στο αυτοκίνητο, αλλά μη διστάσετε να πειραματιστείτε με αυτόν.

Βήμα 7: Συνδέστε τα πάντα και ενεργοποιήστε τα

Τέλος, θα χρειαστεί να συνδέσετε τα πάντα. Πρώτα, συνδέστε την μπαταρία του αυτοκινήτου στο αυτοκίνητο και ενεργοποιήστε το ESC σας. Η ESC πρέπει να ηχήσει, υποδεικνύοντας ότι είναι έτοιμη να «οπλιστεί» από το Arduino. Στη συνέχεια, ενεργοποιήστε το Arduino. Το ESC πρέπει να ηχεί τρεις φορές και οι τροχοί πρέπει να αρχίσουν να γυρίζουν. Εάν το ESC κάνει μπιπ, αλλά οι τροχοί δεν αρχίζουν να στρίβουν, στρίψτε το ποτενσιόμετρο προς τα δεξιά για να αυξήσετε την ταχύτητα. Εάν το αυτοκίνητο κινείται πολύ γρήγορα, στρίψτε το ποτενσιόμετρο προς τα αριστερά.

Εάν το ποτενσιόμετρο λειτουργεί αντίθετα από ό, τι θα έπρεπε, μπορείτε να αναστρέψετε τα θετικά και αρνητικά καλώδια για να το λύσετε.

Το βίντεο δείχνει το αυτοκίνητο να λειτουργεί, πώς να αλλάξετε την ταχύτητα και τη σειρά ενεργοποίησης.