RC Four Wheel Ground Rover: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Αυτό είναι ένα "Monolith on wheels" (χάρη στον Stanley Kubrick: D)

Oneταν ένα από τα όνειρά μου η κατασκευή ενός τηλεχειριζόμενου εδάφους από τότε που άρχισα να ασχολούμαι με τα ηλεκτρονικά, επειδή τα ασύρματα πράγματα πάντα με γοήτευαν. Δεν είχα αρκετό χρόνο και χρήμα για να φτιάξω ένα μέχρι το πρόγραμμα του κολλεγίου μου. Έτσι έφτιαξα ένα τετράτροχο ρόβερ για το τελευταίο μου έτος. Σε αυτό το διδακτικό θα εξηγήσω πώς χρησιμοποίησα ένα παλιό περίβλημα ενισχυτή για να φτιάξω το μηχάνημα από την αρχή και πώς να φτιάξω το ραδιοελεγκτή.

Πρόκειται για τετράτροχο έδαφος, με τέσσερις ξεχωριστούς κινητήρες οδήγησης. Το κύκλωμα του οδηγού κινητήρα βασίζεται περίπου στο L298N και ο έλεγχος RF βασίζεται σε ζεύγος HT12E και HT12D από ημιαγωγό Holtek. Δεν χρησιμοποιεί Arduino ή άλλους μικροελεγκτές. Η έκδοση που έφτιαξα χρησιμοποιεί φθηνό ζεύγος πομπών και δέκτη ASK ζώνης 433 MHz για ασύρματη λειτουργία. Το rover ελέγχεται από τέσσερα κουμπιά και η μέθοδος οδήγησης που χρησιμοποιείται είναι η διαφορική κίνηση. Ο ελεγκτής έχει εμβέλεια περίπου 100 m σε ανοιχτό χώρο. Ας αρχίσουμε να χτίζουμε τώρα.

(Όλες οι εικόνες είναι σε υψηλή ανάλυση. Ανοίξτε τις σε νέα καρτέλα για υψηλή ανάλυση.)

Βήμα 1: Απαιτούνται εξαρτήματα και εργαλεία

• Τροχοί 4 x 10 cm x 4 cm με οπές 6 mm (ή αυτές που είναι συμβατές με τους κινητήρες που έχετε)
• Κινητήρες 4 x 12V, 300 ή 500 RPM με άξονα 6 mm
• 1 x μεταλλικό περίβλημα κατάλληλου μεγέθους (ξαναχρησιμοποίησα μια παλιά μεταλλική θήκη)
• 4 σφιγκτήρες μοτέρ σε σχήμα L
• 2 μπαταρίες 6V 5Ah, μολύβδου-οξέος
• Μπαταρία 1 x 9V
• 1 x L298N Motor Driver Board ή γυμνό IC
• Πομπός 1 x 433MHz
• Δέκτης 2 x 433MHz (συμβατός)
• Κουμπιά πίεσης 4 x 12 mm
• 1 x DC Barrel Jack
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές
• 7 x 100nF Κεραμικοί πυκνωτές
• 4 x 470R αντιστάσεις
• 1 x 51K Resistor (σημαντικό)
• 1 x 680R Αντίσταση
• 1 x 1M Resisitor (σημαντικό)
• 1 x 7805 ή LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• Τερματικά βίδας 3 x 2 ακίδων
• 1 x διακόπτης ροκ SPDT
• 1 x Ματ μαύρο χρώμα
• LED, σύρματα, κοινά PCB, πρίζες IC, διακόπτες, τρυπάνι, Dremel, χαρτιά άμμου και άλλα εργαλεία

Ανταλλακτικά όπως κινητήρες, τροχοί, σφιγκτήρες κλπ μπορούν να επιλεγούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις σας.

Βήμα 2: Σχηματικό πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα

Το HT12D είναι ένας αποκωδικοποιητής 12-bit ο οποίος είναι ένας σειριακός αποκωδικοποιητής σειριακής εισόδου. Ο ακροδέκτης εισόδου του HT12D θα συνδεθεί με έναν δέκτη που έχει σειριακή έξοδο. Μεταξύ των 12-bit, 8 bits είναι bits διεύθυνσης και το HT12D θα αποκωδικοποιήσει την είσοδο μόνο αν τα εισερχόμενα δεδομένα ταιριάζουν με την τρέχουσα διεύθυνση του. Αυτό είναι χρήσιμο εάν θέλετε να χειρίζεστε πολλές συσκευές στην ίδια συχνότητα. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε έναν διακόπτη DIP 8 ακίδων για να ρυθμίσετε την τιμή της διεύθυνσης. Αλλά τα κόλλησα απευθείας στο GND που δίνει τη διεύθυνση 00000000. Το HT12D λειτουργεί εδώ στα 5V και η τιμή Rosc είναι 51 KΩ. Η τιμή της αντίστασης είναι σημαντική καθώς η αλλαγή της μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με την αποκωδικοποίηση.

Η έξοδος του δέκτη 433MHz συνδέεται με την είσοδο του HT12D και οι τέσσερις έξοδοι συνδέονται με το πρόγραμμα οδήγησης διπλού H-γέφυρα L298 2A. Ο οδηγός χρειάζεται μια ψύκτρα για τη σωστή διάχυση της θερμότητας καθώς μπορεί να ζεσταθεί πολύ.

Όταν πατάω το κουμπί Αριστερά στο τηλεχειριστήριο, θέλω τα Μ1 και Μ2 να τρέχουν σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτήν των Μ3 και Μ4 και αντίστροφα για Δεξιά λειτουργία. Για λειτουργία εμπρός, όλοι οι κινητήρες θα πρέπει να λειτουργούν προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτό ονομάζεται διαφορική κίνηση και είναι αυτό που χρησιμοποιείται στα άρματα μάχης. Επομένως, δεν χρειαζόμαστε μόνο έναν πείρο για έλεγχο, αλλά τέσσερις ταυτόχρονα. Αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί με τα κουμπιά SPST που έχω, εκτός εάν έχετε μερικούς διακόπτες SPDT ή ένα χειριστήριο. Θα το καταλάβετε κοιτώντας τον λογικό πίνακα που φαίνεται παραπάνω. Η απαιτούμενη λογική επιτυγχάνεται στο τέλος του πομπού στο επόμενο βήμα.

Ολόκληρη η ρύθμιση τροφοδοτείται από δύο μπαταρίες μολύβδου-οξέος 6V, 5Ah σε σειρά διαμόρφωσης. Με αυτόν τον τρόπο θα έχουμε άφθονο χώρο για να τοποθετήσουμε τις μπαταρίες μέσα στο πλαίσιο. Αλλά θα είναι καλύτερα αν βρείτε μπαταρίες Li-Po στην περιοχή των 12V. Για την σύνδεση των μπαταριών Pb-Acid με εξωτερικό φορτιστή, χρησιμοποιείται υποδοχή βαρελιού DC. 5V για HT12D δημιουργείται χρησιμοποιώντας ρυθμιστή 7805.

Βήμα 3: Δημιουργία του προγράμματος οδήγησης κινητήρα

Χρησιμοποίησα μια σανίδα για συγκόλληση όλων των εξαρτημάτων. Πρώτα τοποθετήστε τα εξαρτήματα με τρόπο που είναι πιο εύκολο να τα κολλήσετε χωρίς να χρησιμοποιήσετε πολλούς βραχυκυκλωτήρες. Αυτό είναι θέμα εμπειρίας. Μόλις η τοποθέτηση είναι ικανοποιητική, κολλήστε τα πόδια και κόψτε τα περιττά μέρη. Τώρα ήρθε η ώρα για δρομολόγηση. Mightσως έχετε χρησιμοποιήσει τη λειτουργία αυτόματου δρομολογητή σε πολλά λογισμικά σχεδιασμού PCB. Είσαι ο δρομολογητής εδώ. Χρησιμοποιήστε τη λογική σας για την καλύτερη δρομολόγηση με ελάχιστη χρήση βραχυκυκλωτήρων.

Χρησιμοποίησα μια υποδοχή IC για τον δέκτη RF αντί να τον συγκολλήσω απευθείας, επειδή μπορώ να τον ξαναχρησιμοποιήσω αργότερα. Ολόκληρος ο πίνακας είναι αρθρωτός έτσι ώστε να μπορώ να τα αποσυναρμολογήσω εύκολα αν απαιτείται αργότερα. Το να είμαι αρθρωτός είναι ένα από τα κίνητρά μου.

Βήμα 4: Σχηματικό τηλεχειριστήριο RF

Αυτό είναι ένα τηλεχειριστήριο RF 4 καναλιών για το rover. Το τηλεχειριστήριο βασίζεται σε HT12E και HT12D, ζεύγος κωδικοποιητή-αποκωδικοποιητή σειράς 2^12 από ημιαγωγό Holtek. Η επικοινωνία RF καθίσταται δυνατή με ζεύγος πομπών-δέκτη ASK 433MHz.

Το HT12E είναι ένας κωδικοποιητής 12-bit και βασικά ένας παράλληλος κωδικοποιητής εισόδου-σειριακής εξόδου. Από τα 12 bits, τα 8 bits είναι bits διεύθυνσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο πολλαπλών δεκτών. Οι ακίδες A0-A7 είναι οι ακίδες εισόδου διεύθυνσης. Η συχνότητα ταλαντωτή πρέπει να είναι 3 KHz για λειτουργία 5V. Τότε η τιμή Rosc θα είναι 1,1 MΩ για 5V. Κάνουμε μήνυση για μπαταρία 9V και επομένως η τιμή Rosc είναι 1 MΩ. Ανατρέξτε στο φύλλο δεδομένων για να προσδιορίσετε την ακριβή συχνότητα ταλαντωτή και αντίσταση που θα χρησιμοποιηθούν για ένα συγκεκριμένο εύρος τάσης. AD0-AD3 είναι οι είσοδοι bit ελέγχου. Αυτές οι είσοδοι θα ελέγχουν τις εξόδους D0-D3 του αποκωδικοποιητή HT12D. Μπορείτε να συνδέσετε την έξοδο του HT12E σε οποιαδήποτε μονάδα πομπού που δέχεται σειριακά δεδομένα. Σε αυτή την περίπτωση, συνδέουμε την έξοδο με τον πείρο εισόδου του πομπού 433MHz.

Έχουμε τέσσερις κινητήρες για έλεγχο από απόσταση, εκ των οποίων ο καθένας συνδέεται παράλληλα για διαφορική κίνηση όπως φαίνεται στο προηγούμενο μπλοκ διάγραμμα. Wantedθελα να ελέγξω τους κινητήρες για διαφορική κίνηση με τέσσερα κουμπιά SPST που είναι κοινά διαθέσιμα. Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα. Δεν μπορούμε να ελέγξουμε (ή να ενεργοποιήσουμε) πολλά κανάλια του κωδικοποιητή HT12E με απλά κουμπιά SPST. Εδώ μπαίνουν στο παιχνίδι οι πύλες της λογικής. Ένα 4069 CMOS NOR και ένα 4077 NAND αποτελούν το λογικό πρόγραμμα οδήγησης. Για κάθε πάτημα των κουμπιών, ο λογικός συνδυασμός δημιουργεί τα απαιτούμενα σήματα σε πολλαπλές ακίδες εισόδου του κωδικοποιητή (αυτή ήταν μια διαισθητική λύση και όχι κάτι που σχεδιάστηκε από πειραματισμούς, όπως μια "λάμπα!"). Η έξοδος αυτών των λογικών πυλών συνδέεται με τις εισόδους του HT12E και αποστέλλεται σειριακά μέσω του πομπού. Μόλις λάβει το σήμα, το HT12D θα αποκωδικοποιήσει το σήμα και θα τραβήξει αντίστοιχα τους πείρους εξόδου που θα οδηγήσουν στη συνέχεια το L298N και τους κινητήρες.

Βήμα 5: Δημιουργία του τηλεχειριστηρίου RF

Χρησιμοποίησα δύο ξεχωριστά κομμάτια από σανίδες για το τηλεχειριστήριο. ένα για τα κουμπιά και ένα για το λογικό κύκλωμα. Όλες οι σανίδες είναι πλήρως αρθρωτές και έτσι μπορούν να αποσπαστούν χωρίς καμία αποκόλληση. Ο πείρος κεραίας της μονάδας πομπού συνδέεται με μια εξωτερική τηλεσκοπική κεραία που διασώθηκε από ένα παλιό ραδιόφωνο. Αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κομμάτι σύρμα για αυτό. Το τηλεχειριστήριο χρησιμοποιεί μπαταρία 9V απευθείας.

Όλα ήταν στριμωγμένα σε ένα μικρό πλαστικό κουτί που βρήκα στο σκουπίδια. Δεν είναι ο καλύτερος τρόπος για να φτιάξετε ένα τηλεχειριστήριο, αλλά εξυπηρετεί τον σκοπό.

Βήμα 6: Βαφή του τηλεχειριστηρίου

Όλα ήταν συσκευασμένα μέσα με τα κουμπιά, το διακόπτη DPDT, το LED ένδειξης ενεργοποίησης και την κεραία εκτεθειμένη. Τρύπησα μερικές τρύπες κοντά στον πομπό, επειδή βρήκα ότι θερμαίνεται λίγο μετά από παρατεταμένη λειτουργία. Έτσι οι οπές θα παρέχουν κάποια ροή αέρα.

Aταν λάθος να κόψουμε τη μεγάλη ορθογώνια τρύπα στην κορυφή αντί για τέσσερις μικρές. Mightσως να σκεφτόμουν κάτι άλλο. Χρησιμοποίησα μεταλλικό ασημί χρώμα για φινίρισμα.

Βήμα 7: Χτίζοντας το πλαίσιο

Χρησιμοποίησα ένα παλιό μεταλλικό περίβλημα ενισχυτή ως σασί του rover. Είχε τρύπες από κάτω και έπρεπε να διευρύνει μερικές από αυτές με ένα τρυπάνι, κάτι που έκανε εύκολη τη στερέωση των σφιγκτήρων του κινητήρα. Πρέπει να βρείτε κάτι παρόμοιο ή να το φτιάξετε χρησιμοποιώντας λαμαρίνα. Οι σφιγκτήρες κινητήρα με ορθή γωνία (ή σφιγκτήρες L) έχουν έξι οπές βιδών ο καθένας. Ολόκληρη η ρύθμιση δεν ήταν τόσο στιβαρή καθώς το πάχος του φύλλου ήταν μικρό, αλλά αρκετά για να συγκρατεί όλο το βάρος των μπαταριών και όλων. Οι κινητήρες μπορούν να συνδεθούν στους σφιγκτήρες χρησιμοποιώντας τα παξιμάδια που παρέχονται με τους κινητήρες με γρανάζι DC. Ο άξονας του κινητήρα έχει οπή με σπείρωμα για τη στερέωση των τροχών.

Χρησιμοποίησα μοτέρ 300 RPM DC με πλαστικό κιβώτιο ταχυτήτων. Τα πλαστικά κιβώτια ταχυτήτων (τα γρανάζια είναι ακόμα μεταλλικά) οι κινητήρες είναι φθηνότεροι από τους κινητήρες με κινητήρα Johnson. Αλλά θα φθαρούν γρηγορότερα και δεν έχουν τόση ροπή. Σας προτείνω να χρησιμοποιήσετε κινητήρες με κινητήρα Johnson με RPM 500 ή 600. Οι 300 RPM δεν αρκούν για μια καλή ταχύτητα.

Κάθε κινητήρας πρέπει να συγκολληθεί με κεραμικούς πυκνωτές 100 nF για να μειωθούν οι σπινθήρες επαφής μέσα στους κινητήρες. Αυτό θα εξασφαλίσει καλύτερη διάρκεια ζωής των κινητήρων.

Βήμα 8: Ζωγραφική του πλαισίου

Η βαφή είναι εύκολη με δοχεία βαφής με σπρέι. Χρησιμοποίησα μαύρο ματ για όλο το πλαίσιο. Πρέπει να καθαρίσετε το μεταλλικό σώμα με χαρτί άμμου και να αφαιρέσετε τυχόν παλιά στρώματα χρώματος για καλύτερο φινίρισμα. Εφαρμόστε δύο στρώσεις για μεγάλη διάρκεια ζωής.

Βήμα 9: Δοκιμή και ολοκλήρωση

Iμουν πραγματικά ενθουσιασμένος που είδα ότι όλα λειτούργησαν άψογα την πρώτη φορά που το δοκίμασα. Νομίζω ότι ήταν η πρώτη φορά που συνέβαινε κάτι τέτοιο.

Χρησιμοποίησα ένα κουτί tiffin για να κρατήσω τον πίνακα οδηγών μέσα. Καθώς όλα είναι αρθρωτά, η συναρμολόγηση είναι εύκολη. Το καλώδιο κεραίας του δέκτη RF συνδέθηκε με μια κεραία από ατσάλινο σύρμα έξω από το πλαίσιο.

Όλα φαίνονταν υπέροχα όταν συναρμολογούνταν, όπως ακριβώς περίμενα.

Βήμα 10: Δείτε το εν δράσει

Πιο πάνω είναι όταν χρησιμοποίησα το rover για να μεταφέρω μια μονάδα GPS + Επιταχυνσιόμετρο για ένα άλλο έργο. Στον επάνω πίνακα βρίσκονται το GPS, το επιταχυνσιόμετρο, ο πομποδέκτης RF και ένα σπιτικό Arduino. Κάτω είναι ο πίνακας οδηγού κινητήρα. Μπορείτε να δείτε πώς τοποθετήθηκαν εκεί οι μπαταρίες Pb-Acid. Υπάρχει αρκετός χώρος για αυτούς εκεί, παρά το γεγονός ότι έχουν το κουτί από τιφίνι στη μέση.

Δείτε το rover σε δράση στο βίντεο. Το βίντεο είναι λίγο τρεμάμενο καθώς το τράβηξα με το τηλέφωνό μου.

Βήμα 11: Βελτιώσεις

Όπως λέω πάντα, υπάρχουν πάντα περιθώρια βελτίωσης. Αυτό που έφτιαξα είναι απλώς ένα βασικό RC rover. Δεν είναι αρκετά ισχυρό για να μεταφέρει βάρη, να αποφεύγει τα εμπόδια και να μην είναι επίσης γρήγορο. Η εμβέλεια ελεγκτή RF περιορίζεται σε περίπου 100 μέτρα σε ανοιχτό χώρο. Θα πρέπει να προσπαθήσετε να επιλύσετε όλα αυτά τα μειονεκτήματα όταν δημιουργείτε ένα. μην το αναπαράγετε μόνο, εκτός εάν περιορίζεστε από τη διαθεσιμότητα εξαρτημάτων και εργαλείων. Εδώ είναι μερικές από τις προτάσεις βελτίωσής μου για εσάς.

• Χρησιμοποιήστε κινητήρες κιβωτίου ταχυτήτων Johnson 500 ή 600 RPM για καλύτερη ισορροπία ταχύτητας-ροπής. Είναι πραγματικά ισχυρά και μπορούν να αποδώσουν έως και 12 κιλά ροπής στα 12V. Αλλά θα χρειαστείτε ένα συμβατό πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα και μπαταρίες για υψηλά ρεύματα.
• Χρησιμοποιήστε μικροελεγκτή για έλεγχο PWM του κινητήρα. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να ελέγξετε την ταχύτητα του rover. Θα χρειαστεί ένας ειδικός διακόπτης για τον έλεγχο ταχύτητας στο τέλος του τηλεχειριστηρίου.
• Χρησιμοποιήστε έναν καλύτερο και ισχυρότερο ζεύγος πομπού και δέκτη για αυξημένο εύρος λειτουργίας.
• Ένα ισχυρό πλαίσιο μάλλον κατασκευασμένο από αλουμίνιο, μαζί με αμορτισέρ ελατηρίου.
• Μια περιστρεφόμενη ρομποτική πλατφόρμα για τη στερέωση ρομποτικών βραχιόνων, φωτογραφικών μηχανών και άλλων πραγμάτων. Μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας σερβο στην κορυφή του πλαισίου.

Σκοπεύω να φτιάξω ένα ρόβερ 6 τροχών με όλα τα χαρακτηριστικά που αναφέρονται παραπάνω και να χρησιμοποιηθώ ως πλατφόρμα rover γενικής χρήσης. Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το έργο και να μάθατε κάτι. Ευχαριστώ για την ανάγνωση:)