Ρομπότ με 4 τροχούς ελεγχόμενο Wi-Fi: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Για αυτό το έργο, θα αναπτύξουμε ένα 4-τροχό ρομπότ χρησιμοποιώντας ESP8266 το οποίο θα ελέγχεται μέσω δικτύου Wi-Fi. Το ρομπότ μπορεί να ελεγχθεί από ένα συνηθισμένο πρόγραμμα περιήγησης στο Διαδίκτυο, χρησιμοποιώντας μια διεπαφή σχεδιασμένη για HTML ή επίσης από μια εφαρμογή Android για κινητά. Το τσιπ ESP8266 είναι ένας ισχυρός και φθηνός μικροελεγκτής, ο οποίος όχι μόνο είναι εύκολος στη χρήση, αλλά διαθέτει και ενσωματωμένη συνδεσιμότητα Wi-Fi. Αυτό είναι ακριβώς το τέλειο τσιπ για τον έλεγχο των ρομπότ από απόσταση από τον υπολογιστή ή την κινητή συσκευή σας.

Για να ενσωματώσουμε αυτό το τσιπ στο έργο μας, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια ποικιλία από πίνακες ανάπτυξης που βασίζονται σε αυτόν τον μικροελεγκτή.

1. Adafruit Feather Huzzah - Κατασκευάζεται από την Adafruit και διαθέτει εύκολα διαθέσιμες οδηγίες και υποστήριξη. Διαθέτει φορτιστή μπαταρίας li-po στον ίδιο τον πίνακα, οπότε θα είναι πολύ βολικό σε φορητά έργα.

2. NodeMCU ESP8266 - Ο πίνακας είναι ανοιχτού κώδικα και έχει εξαιρετική τεκμηρίωση, οπότε θα είναι πολύ εύκολο να ξεκινήσετε.

3. Sparkfun ESP8266 - Είναι σαν το Huzzah με την προσθήκη διακόπτη τροφοδοσίας και εξωτερικής κεραίας για μεγαλύτερο εύρος Wi -Fi.

4. Wemos D1 Mini - Είναι ο μικρότερος από όλους τους πίνακες, αλλά αυτό δεν έχει καμία επίδραση στην απόδοση.

Για το έργο μου, χρησιμοποιώ το Wemos D1 Mini για να φτιάξω ένα ρομπότ 4 τροχών με ελεγχόμενο Wi-Fi. Αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε πίνακα ανάπτυξης ESP8266 και να χρησιμοποιήσετε τον ίδιο κωδικό Arduino χωρίς καμία αλλαγή. Έχω σχεδιάσει ένα PCB για αυτό το έργο, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια πλακέτα pcb για να εφαρμόσετε το κύκλωμα ή ακόμα και να σχεδιάσετε το δικό σας pcb.

Και θα χρησιμοποιήσουμε 4WD Robotic Chassis Kit όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα καθώς είναι ιδανικό για DIY και είναι το πιο οικονομικό κιτ ρομπότ αυτοκινήτου με απλή μηχανική δομή.

Χαρακτηριστικά αυτού του κιτ:-

1. Έρχεται με τέσσερις ξεχωριστούς πλαστικούς κινητήρες BO με κιβώτιο ταχυτήτων είναι καλό για ευελιξία.

2. Μεγάλο, ανθεκτικό ακρυλικό σασί επιτρέπει μεγάλη επέκταση για να κάνετε DIY.

3. Σετ τετρακίνητου έξυπνου σασί αυτοκινήτου. Πολύ εύκολο στην εγκατάσταση, απλώς προσθέστε μικροελεγκτή (όπως το Arduino) και μονάδες αισθητήρα για να δημιουργήσετε ένα πλήρως αυτόνομο ρομπότ

Βήμα 1: Λίστα στοιχείων

Wemos D1 Mini [Ποσότητα - 1]

L293d IC Driver Motor [Ποσότητα - 2]

PCF8574 Θύρα Expander IC [Ποσότητα - 1]

Μπαταρία ιόντων λιθίου 12V [Ποσότητα - 1]

PCB ρομπότ ελεγχόμενου Wi-Fi [Ποσότητα-1]

Σετ σασί 4WD Robot Smart Car [Ποσότητα - 1]

Βήμα 2: Brain of the Project - ESP8266 Development Board (Wemos D1 Mini)

Το Wemos D1 Mini είναι ένας πίνακας ανάπτυξης μίνι Wi-Fi με φλας 4MB βασισμένο στο ESP-8266 Chip.

• Διαθέτει 11 ψηφιακούς πείρους εισόδου/εξόδου, όλες οι ακίδες έχουν διακοπή/pwm/I2C/ένα καλώδιο (εκτός από το D0)
• Διαθέτει 1 αναλογική είσοδο (μέγιστη είσοδος 3,2V)
• Διαθέτει σύνδεση Micro USB για προγραμματισμό καθώς και τροφοδοτικό.

Αυτός ο πίνακας βασίζεται στο ESP8266, επομένως είναι συμβατός με το Arduino IDE, επομένως μπορεί να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας Arduino ή μπορεί επίσης να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας μεταγλωττιστή Lua. Υποστηρίζει επίσης σειριακό και προγραμματισμό OTA.

Θα προγραμματίσουμε το Wemos D1 Mini χρησιμοποιώντας το Arduino IDE. Για να προγραμματίσετε τον πίνακα χρησιμοποιώντας το Arduino IDE, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις.

Απαίτηση:-

• Πρόγραμμα οδήγησης CH340G
• Εγκαταστήστε το πιο πρόσφατο Arduino IDE από τον ιστότοπο Arduino.
• Καλώδιο micro usb για προγραμματισμό

Αφού εγκαταστήσετε το πρόγραμμα οδήγησης και το λογισμικό arduino, πρέπει να εγκαταστήσετε το "Arduino core for ESP8266 WiFi chip" μέσα στο Arduino IDE, ώστε να μπορούμε να προγραμματίσουμε το τσιπ ESP8266 από το περιβάλλον Arduino. Αυτός ο πυρήνας Arduino ESP8266 σάς επιτρέπει να γράφετε σκίτσα χρησιμοποιώντας οικείες λειτουργίες και βιβλιοθήκες Arduino και να τα εκτελείτε απευθείας στο ESP8266, χωρίς να απαιτείται εξωτερικός μικροελεγκτής.

Ο πυρήνας ESP8266 Arduino έρχεται με βιβλιοθήκες για επικοινωνία μέσω WiFi χρησιμοποιώντας TCP και UDP, ρύθμιση διακομιστών HTTP, mDNS, SSDP και DNS, ενημέρωση OTA, χρήση συστήματος αρχείων στη μνήμη flash, εργασία με κάρτες SD, servos, SPI και περιφερειακά I2C Το

Κατεβάστε το παρακάτω έγγραφο για να πάρετε μια ιδέα σχετικά με τον τρόπο εγκατάστασης του πυρήνα arpino του Esp8266.

Βήμα 3: Πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα - L293d

Το Motor Driver είναι ένα IC για κινητήρες που σας επιτρέπει να ελέγχετε την ταχύτητα και την κατεύθυνση λειτουργίας δύο κινητήρων ταυτόχρονα.

Το L293d έχει σχεδιαστεί για να παρέχει αμφίδρομα ρεύματα κίνησης σε τάσεις από 5 V έως 36 V. Το L293D μπορεί να κινεί ταυτόχρονα 2 κινητήρες DC.

Το L293D είναι ένα IC οδηγού μοτέρ 16 ακίδων. Υπάρχουν 4 ακίδες εισόδου, 4 ακίδες ΕΞΟΔΟΣ και 2 ακίδες ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ για κάθε κινητήρα.

Χαρακτηριστικά L293D:

Ικανότητα ρεύματος εξόδου 600mA ανά κανάλι

Ρολόι και έλεγχος κατεύθυνσης αριστερόστροφα για μεμονωμένα κανάλια

Pin Περιγραφή του L293d:

• Καρφίτσα 1: Όταν το Enable1 είναι Υ HIGHΗΛΟ, το αριστερό τμήμα του IC θα λειτουργεί, δηλαδή ο κινητήρας που συνδέεται με τον πείρο 3 και ο πείρος 6 θα περιστρέφεται.
• Καρφίτσα 2: Είσοδος 1, όταν αυτός ο πείρος είναι Υ HIGHΟΣ το ρεύμα θα ρέει μέσω της εξόδου 1.
• Καρφίτσα 3: Έξοδος 1, αυτός ο πείρος συνδέεται με έναν ακροδέκτη του κινητήρα.
• Καρφίτσα 4/5: Καρφίτσες GND
• Καρφίτσα 6: Έξοδος 2, αυτός ο πείρος συνδέεται με έναν ακροδέκτη του κινητήρα.
• Καρφίτσα 7: Είσοδος 2, όταν αυτός ο πείρος είναι Υ HIGHΟΣ το ρεύμα θα ρέει μέσω της εξόδου 2.
• Καρφίτσα 8: VCC2, αυτός ο πείρος χρησιμοποιείται για να δώσει τροφοδοσία σε συνδεδεμένους κινητήρες από 5V έως 36V το μέγιστο εξαρτάται από τον συνδεδεμένο κινητήρα.
• Καρφίτσα 9: Όταν η Ενεργοποίηση 2 είναι Υ HIGHΗΛΗ, το δεξιό τμήμα του IC θα λειτουργεί, δηλαδή ο κινητήρας που συνδέεται με τον πείρο 11 και ο πείρος 14 θα περιστρέφεται.
• Καρφίτσα 10: Είσοδος 4, όταν αυτός ο πείρος είναι Υ HIGHΟΣ το ρεύμα θα ρέει μέσω της εξόδου 4.
• Καρφίτσα 11: Έξοδος 4, αυτός ο πείρος συνδέεται με έναν ακροδέκτη του κινητήρα.
• Καρφίτσα 12/13: Καρφίτσες GND
• Καρφίτσα 14: Έξοδος 3, αυτός ο πείρος συνδέεται με έναν ακροδέκτη του κινητήρα.
• Καρφίτσα 15: Είσοδος 3, όταν αυτός ο πείρος είναι Υ HIGHΟΣ το ρεύμα θα ρέει μέσω της εξόδου 3.
• Καρφίτσα 16: VCC1, για λογική τροφοδοσία ισχύος σε IC, δηλαδή 5V.

Έτσι, μπορείτε να δείτε ότι χρειάζεστε 3 ψηφιακές ακίδες για τον έλεγχο κάθε κινητήρα (μία ακίδα για έλεγχο ταχύτητας και δύο ακίδες για έλεγχο κατεύθυνσης). Εάν ένα L293d ελέγχει δύο κινητήρες DC τότε θα χρειαστούμε δύο L293d IC για τον έλεγχο τεσσάρων κινητήρων DC. Θα χρησιμοποιήσουμε πλαστικά BO Motors για αυτό το έργο. Έτσι, βλέπετε ότι θα χρειαστούμε 12 ψηφιακές ακίδες για τον ανεξάρτητο έλεγχο και των τεσσάρων κινητήρων DC με έλεγχο ταχύτητας και κατεύθυνσης.

Αλλά αν δείτε ότι το Wemos D1 mini έχει μόνο 11 ψηφιακές ακίδες εισόδου/εξόδου και 1 αναλογική ακίδα. Για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα, θα συνδέσουμε τους τέσσερις ακροδέκτες ενεργοποίησης (δύο ακίδες ενεργοποίησης του πρώτου L293d και δύο ακίδες ενεργοποίησης άλλων L293d) σε Wemos Digital pin, ενώ και οι οκτώ ακίδες εισόδου (τέσσερις πρώτες L293d και τέσσερις άλλες L293d) χρησιμοποιώντας PCF8574 (Διεύρυνση θυρών εισόδου/εξόδου) μέσω I2C.

Βήμα 4: PCF8574 - Επέκταση θύρας εισόδου/εξόδου

Το Wemos D1 Mini (δηλαδή ESP8266) έχει έλλειψη ακίδων εισόδου/εξόδου. Μπορούμε να αυξήσουμε τις ψηφιακές ακίδες εισόδου/εξόδου χρησιμοποιώντας IC επέκτασης εισόδου/εξόδου όπως το PCF8574, το οποίο είναι ένας διαστολέας εισόδου/εξόδου 8 bit.

Ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης του PCF8574A I/O Expander είναι ότι χρησιμοποιεί δίαυλο I2C, ο οποίος απαιτεί μόνο δύο γραμμές δεδομένων, είναι ρολόι (SCK) και δεδομένα (SDA). Επομένως, με αυτές τις δύο γραμμές, μπορείτε να ελέγξετε έως και οκτώ ακίδες του ίδιου τσιπ. Αλλάζοντας τους τρεις πείρους διευθύνσεων κάθε PCF8574 μπορούμε να ελέγξουμε συνολικά 64 ακίδες.

Αυτός ο διαστολέας εισόδου/εξόδου 8-bit (I/O) για τον αμφίδρομο δίαυλο δύο γραμμών (I2C) έχει σχεδιαστεί για λειτουργία VCC 2,5V έως 6V. Η συσκευή PCF8574 παρέχει επέκταση εισόδου/εξόδου γενικής χρήσης για τις περισσότερες οικογένειες μικροελεγκτών μέσω της διεπαφής I2C [σειριακό ρολόι (SCL), σειριακά δεδομένα (SDA)].

Η συσκευή διαθέτει θύρα εισόδου/εξόδου οκτώ-δυαδικής κατεύθυνσης (P0-P7), συμπεριλαμβανομένων κλειδωμένων εξόδων με δυνατότητα κίνησης υψηλής τάσης για άμεση οδήγηση LED. Κάθε οιονεί αμφίδρομος I/O μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως είσοδος ή έξοδος χωρίς τη χρήση σήματος ελέγχου κατεύθυνσης δεδομένων. Κατά την ενεργοποίηση, τα I/O είναι υψηλά.

Δείτε το παρακάτω αρχείο pdf "PCF8574_With_L293d" για το διάγραμμα σύνδεσης του PCF8574 με τα δύο IC L293d

Βήμα 5: Διαγράμματα

Έχω χρησιμοποιήσει το Kicad για το σχεδιασμό PCB.

Κατεβάστε το παρακάτω σχηματικό pdf για να σχεδιάσετε το δικό σας pcb ή να το εφαρμόσετε σε μια πλακέτα pcb.

Βήμα 6: Κωδικός

Συνδεθείτε στο ακόλουθο σημείο πρόσβασης Wi-Fi:-

// Διαπιστευτήρια δικτύου καθορισμένα από χρήστη char* ssid = "WiFi_Robot";

const char* password = "Automate@111";

Αφού συνδεθείτε στο παραπάνω σημείο πρόσβασης, μεταβείτε στον παρακάτω σύνδεσμο σε ένα πρόγραμμα περιήγησης ιστού:-

192.168.4.1

Θα λάβετε το ακόλουθο μήνυμα:-

"γεια από το Robot!"

192.168.4.1/fw

Θα προκαλέσει το ρομπότ να προχωρήσει

192.168.4.1/bk

Θα προκαλέσει την κίνηση του ρομπότ προς τα πίσω

192.168.4.1/lt

Θα προκαλέσει την κίνηση του ρομπότ προς τα αριστερά

192.168.4.1/rt

Θα κάνει το ρομπότ να κινηθεί δεξιά

192.168.4.1/st

Θα κάνει το ρομπότ να σταματήσει

Εάν θέλετε, μπορείτε επίσης να ελέγξετε το ρομπότ μέσω της εφαρμογής Android που κατασκευάστηκε από την Robo India.

{Αναζητήστε την εφαρμογή "WiFi Robot Controller" Android στο playstore που κατασκευάστηκε από την Robo India}

[Σημείωση: Σε καμία περίπτωση δεν είμαι συνδεδεμένος με το Robo India και αυτό δεν είναι για διαφήμιση, αυτό είναι το προσωπικό μου έργο!]

Βίντεο εργασίας του έργου:-