Upcycled RC -bil: 23 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

RC -bilar har alltid varit en källa till spänning för mig. De är snabba, de är roliga, och du behöver inte oroa dig om du kraschar dem. Men som en äldre, mer mogen RC -entusiast kan jag inte ses leka med små barn RC -bilar. Jag måste ha stora, vuxna manstora. Det är här ett problem uppstår: vuxna RC -bilar är dyra. När jag surfar på nätet kostar det billigaste jag hittade $ 320, genomsnittet är runt $ 800. Min dator är billigare än dessa leksaker!

Vetskapen om att jag inte har råd med dessa leksaker sa tillverkaren i mig att jag kunde göra bil för en tiondel av priset. Således började jag min resa för att göra skräp till guld

Tillbehör

De delar som behövs för RC -bilen är följande:

• Begagnad RC -bil
• L293D -motordrivrutin (DIP -formulär)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodul
• RC Drone -batteri (eller något annat högströmbatteri)
• LM2596 Buck -omvandlare (2)
• Trådar
• Perfboard
• Små, olika komponenter (toppar, skruvplintar, kondensatorer, etc)

Följande delar behövs för RC -styrenheten:

• Begagnad styrenhet (måste ha 2 analoga joysticks)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodul
• Elektriska kablar

Steg 1: Återvunnet skatt

Detta projekt startade ursprungligen för ungefär ett år sedan när mina vänner och jag planerade att göra en datordriven bil för ett hackathonprojekt (kodningstävling). Min plan var att gå till en sparsamhetsbutik, köpa den största RC -bilen jag kunde hitta, torra insidan och ersätta den med en ESP32.

På en tidskramning rusade jag över till Savers, köpte en RC -bil och förberedde mig för hackathon. Tyvärr kom många av de delar jag behövde inte in i tid så jag var tvungen att skrota projektet helt.

Ända sedan dess har RC -bilen samlat damm under min säng, tills nu …

Snabb överblick:

I detta projekt kommer jag att återanvända en begagnad leksaksbil och en IR -kontroller för att skapa Upcycled RC Car. Jag tar ut insidan, implanterar Arduino Nano och använder radiomodulen NRF24L01+ för att kommunicera mellan de två.

Steg 2: Teori

"Att förstå hur något fungerar är viktigare än att veta hur man får det att fungera."

- Kevin Yang 2020-05-17 (jag har precis gjort det här)

Med det sagt, låt oss börja prata om teorin och elektroniken bakom Upcycled RC Car.

På bilsidan kommer vi att använda en NRF24L01+, en Arduino Nano, en L293D -motorförare, motorerna i RC -bilen och två buck -omvandlare. En buck -omvandlare kommer att leverera drivspänningen för motorn medan den andra kommer att leverera 5V för Arduino Nano.

På kontrollsidan kommer vi att använda en NRF24L01+, en Arduino Nano och de analoga joystickarna i den återanvända styrenheten.

Steg 3: NRF24L01+

Innan vi börjar bör jag nog förklara elefanten i rummet: NRF24L01+. Om du inte redan känner till namnet är NRF24 ett chip producerat av Nordic Semiconductors. Det är ganska populärt i tillverkarmiljön för radiokommunikation på grund av dess låga pris, små storlek och välskriven dokumentation.

Så hur fungerar NRF -modulen egentligen? Till att börja med fungerar NRF24L01+ på 2,4 GHz -frekvensen. Detta är samma frekvens som Bluetooth och Wifi använder (med små variationer!). Chippet kommunicerar mellan en Arduino med SPI, ett fyrpoligt kommunikationsprotokoll. För ström använder NRF24 3,3V men stiften är också 5V -toleranta. Detta gör att vi kan använda en Arduino Nano, som använder 5V logik, med NRF24, som använder 3.3V logik. Några andra funktioner är följande.

Anmärkningsvärda funktioner:

• Körs med 2,4 GHz bandbredd
• Matningsspänningsområde: 1,6 - 3,6V
• 5V Tolerant
• Använder SPI -kommunikation (MISO, MOSI, SCK)
• Tar upp 5 stift (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Mycket viktigt i detta projekt!)
• Viloläge
• Förbrukar 900nA - 12mA
• Överföringsområde: ~ 100 meter (varierar beroende på geografisk plats)
• Kostnad: $ 1,20 per modul (Amazon)

Om du vill lära dig mer om NRF24L01+, kolla in avsnittet Extra avläsningar i slutet

Steg 4: L293D - dubbel H -bromotordrivrutin

Även om Arduino Nano kan leverera tillräckligt med ström för att driva en LED, finns det inget sätt att Nano kan driva en motor själv. Därför måste vi använda en speciell förare för att styra motorn. Förutom att kunna leverera strömmen, kommer drivrutinschipet också att skydda Arduino från alla spänningspikar som uppstår från att slå på och av motorn.

Sätt i L293D, en fyrdubbel halv H-bro-motorförare, eller i lekmanster, ett chip som kan driva två motorer framåt och bakåt.

L293D är beroende av H-Bridges för att styra både motorns hastighet och riktning. En annan funktion är strömförsörjningsisolering, vilket gör att Arduino kan springa från en strömkälla separat från motorerna.

Steg 5: Stoppa bilen

Nog med teori och låt oss börja bygga!

Eftersom RC -bilen inte levereras med en styrenhet (kom ihåg den från en butik), är elektroniken inuti i princip värdelös. Således öppnade jag upp RC -bilen och slängde styrkortet i min papperskorg.

Nu är det viktigt att ta några anteckningar innan vi börjar. En sak att märka är matningsspänningen för RC -bilen. Bilen som jag köpte är väldigt gammal, långt innan litiumbaserade batterier var vanliga. Det betyder att den här RC-bilen stängdes av från ett Ni-Mh-batteri med en nominell spänning på 9,6 volt. Detta är viktigt eftersom detta kommer att vara spänningen som vi kommer att driva motorerna på.

Steg 6: Hur fungerar bilen?

Jag kan med 99% säkerhet säga att min bil inte är densamma som din, vilket betyder att det här avsnittet i princip är värdelöst. Det är dock viktigt att påpeka några funktioner som min bil har eftersom jag kommer att basera min design på det.

Styrning

Till skillnad från moderna RC -bilar använder bilen som jag moddar inte en servo för att vända. Istället använder min bil en vanlig borstad motor och fjädrar. Detta har många nackdelar, särskilt för att jag inte har förmåga att göra fina svängar. En omedelbar fördel är dock att jag inte behöver något komplicerat kontrollgränssnitt för att vända. Allt jag behöver göra är att aktivera motorn med en viss polaritet (beroende på vilket sätt jag vill svänga).

Differentialaxel

Otroligt nog innehåller min RC -bil också en differentialaxel och två olika växellägen. Detta är ganska roligt eftersom skillnader vanligtvis finns i verkliga bilar, inte i små RC-bilar. Jag skulle tro att innan den här bilen fanns på hyllorna i en butik, var det en avancerad RC-modell.

Steg 7: Frågan om makt

Med funktionerna ur vägen måste vi nu prata om den viktigaste delen av denna konstruktion: Hur ska vi driva RC -bilen? Och för att vara mer specifik: Hur mycket ström behövs för att driva motorerna?

För att svara på detta kopplade jag ett drönarbatteri till en buck -omvandlare, där jag tappade 11V på batteriet till 9,6V på motorerna. Därifrån ställde jag multimetern till 10A strömläge och slutförde kretsen. Min mätare läste att motorerna behövde 300 mA ström för att släppa in fri luft.

Även om detta kanske inte låter som mycket, är mätningen som vi verkligen bryr oss om motorernas stallström. För att mäta detta lägger jag händerna över hjulen för att förhindra att de vänder. När jag tittade på min mätare visade den en solid 1A.

När jag visste att drivmotorerna skulle dra ungefär en förstärkare, fortsatte jag sedan med att testa styrmotorerna som drog 500mA när de stannade. Med denna kunskap kom jag fram till att jag kan stänga av hela systemet från ett RC dronbatteri och två LM2596 buck -omvandlare*.

*Varför två-buck-kontroller? Tja, varje LM2596 har en maximal ström på 3A. Om jag stänger av allt från en buck -omvandlare tänkte jag dra mycket ström, och därför skulle jag ha ganska stora spänningspikar. Av design vilar Arduino Nano -kraften varje gång det är en stor spänningspik. Därför använde jag två omformare för att lätta på belastningen och hålla Nano isolerad från motorerna.

En sista viktig komponent vi behöver är en Li-Po cellspänningstestare. Syftet med detta är att skydda batteriet från överladdning för att förhindra att batteriets livslängd förstörs (håll alltid cellspänningen hos ett litiumbaserat batteri över 3,5V!)

Steg 8: RC -bilkrets

Med strömfrågan borta kan vi nu konstruera kretsen. Ovan är schemat jag gjorde för RC -bilen.

Tänk på att jag inte inkluderade batteriets voltmeteranslutning. För att använda voltmätaren behöver du bara ansluta balanskontakten till voltmeterns respektive stift. Om du aldrig har gjort detta tidigare klickar du på videon som är länkad i avsnittet Extra avläsningar för att lära dig mer.

Anteckningar om kretsen

Aktiveringsstiftet (1, 9) på L293D kräver en PWM -signal för att ha variabel hastighet. Det betyder att bara några stift på Arduino Nano kan anslutas till dem. För de andra stiften på L293D går allt.

Eftersom NRF24L01+ kommunicerar över SPI måste vi ansluta dess SPI -stift till SPI -stiften på Arduino Nano (så anslut MOSI -> MOSI, MISO -> MISO och SCK -> SCK). Det är också viktigt att märka att jag kopplade IRQ -stiftet på NRF24 till stift 2 på Arduino Nano. Detta beror på att IRQ -pinnen går LÅG varje gång NR24 får ett meddelande. När jag vet detta kan jag utlösa ett avbrott för att be Nano att läsa radion. Detta gör att Nano kan göra andra saker medan den väntar på ny data.

Steg 9: PCB

Eftersom jag vill göra detta till en modulär design, skapade jag ett kretskort med hjälp av perf board och massor av rubrikstift.

Steg 10: Slutliga anslutningar

Med kretskortet gjort och RC -bilen rensad använde jag alligatortrådar för att testa om allt fungerar.

Efter att ha testat att alla anslutningar är korrekta bytte jag ut alligatorledningarna med riktiga kablar och fästde alla komponenter på chassit.

Vid denna tidpunkt har du kanske insett att den här artikeln inte är en steg -för -steg -guide. Detta beror på att det helt enkelt är omöjligt att skriva ut varje steg, så istället kommer de närmaste instruktionsstegen att vara jag som delar några tips jag lärde mig när jag gjorde bilen.

Steg 11: Tips 1: Placering av radiomodul

För att öka räckvidden för RC -bilen placerade jag NRF -radiomodulen så långt åt sidan som möjligt. Detta beror på att radiovågor reflekterar bort från metaller som PCB och trådar, vilket minskar räckvidden. För att lösa detta lägger jag modulen på själva sidan av kretskortet och skär en slits i bilens hus så att den kan sticka ut.

Steg 12: Tips 2: Håll det modulärt

En annan sak som jag gjorde som räddade mig några gånger är att ansluta allt genom sidhuvudnålar och kopplingsplintar. Detta möjliggör enkel byte av delar om en av komponenterna blir stekt (av vilken anledning som helst …).

Steg 13: Tips 3: Använd kylflänsar

Motorerna i min RC -bil driver L293D till dess yttersta gränser. Medan motorföraren kan hantera upp till 600 mA kontinuerligt, betyder det också att det blir väldigt varmt och snabbt! Det är därför det är en bra idé att lägga till lite termisk pasta och kylflänsar för att förhindra att L293D kokar själv. Men även med kylflänsarna kan chipet fortfarande bli för varmt att röra vid. Det är därför det är en bra idé att låta bilen svalna efter 2-3 minuters spel.

Steg 14: RC -styrtid

Med RC -bilen klar kan vi börja göra kontrollen.

Precis som RC -bilen köpte jag också styrenheten för ett tag sedan och trodde att jag kunde göra något med den. Ironiskt nog är styrenheten faktiskt en IR -enhet så den använder IR -lysdioder för att kommunicera mellan enheter.

Grundidén med detta bygge är att behålla originalkortet inuti styrenheten och bygga Arduino och NRF24L01+ runt det.

Steg 15: Grunderna i analog joystick

Anslutning till en analog joystick kan vara skrämmande, särskilt eftersom det inte finns något utbrottskort för stiften. Inga problem! Alla analoga joysticks fungerar på samma vägledande princip och har vanligtvis samma pinout.

I princip är analoga joysticks bara två potentiometrar som ändrar motståndet när de flyttas i olika riktningar. Till exempel, när du flyttar joysticken till höger, ändrar x-axelns potentiometer värde. När du flyttar joysticken framåt ändrar y-axelpotentiometern värde.

Med detta i åtanke, om vi tittar på undersidan av den analoga joysticken, ser vi 6 stift, 3 för x-axelpotentiometern och 3 för y-axelpotentiometern. Allt du behöver göra är att ansluta 5V och jord till de yttre stiften och ansluta mittstiftet till en analog ingång på Arduino.

Tänk på att värdena för potentiometern kommer att kartläggas till 1024 och inte 512! Det betyder att vi måste använda den inbyggda kartfunktionen () i Arduino för att styra eventuella digitala utgångar (som PWM -signalen vi använder för att styra L293D). Detta är redan gjort i koden, men om du planerar att skriva ditt eget program måste du ha det i åtanke.

Steg 16: Kontrollanslutningar

Anslutningarna mellan NRF24 och Nano är fortfarande desamma för regulatorn men minus IRQ -anslutningen.

Kretsen för regulatorn visas ovan.

Modding en controller är definitivt en form av konst. Jag har redan gjort denna poäng otaliga gånger, men det är helt enkelt inte möjligt att skriva steg-för-steg hur man gör detta. Såsom, precis som jag gjorde tidigare, kommer jag att ge några tips om vad jag lärde mig när jag gjorde min controller.

Steg 17: Tips 1: Använd delarna till ditt förfogande

Utrymmet är riktigt trångt i regulatorn, därför, om du vill inkludera några andra ingångar till bilen, använd omkopplarna och knapparna som redan finns där. För min styrenhet anslöt jag också en potentiometer och en 3-vägs switch till Nano.

En annan sak att tänka på att det här är din controller. Om pinouts inte passar din fantasi kan du alltid ordna om dem!

Steg 18: Tips 2: Ta bort onödiga spår

Eftersom vi använder originalkortet bör du skrapa bort alla spår som går till de analoga joystickarna och till alla andra sensorer du använder. Genom att göra det förhindrar du risken för oväntat sensorbeteende.

För att göra dessa snitt använde jag helt enkelt en lådskärare och gjorde PCB några gånger för att verkligen skilja spåren.

Steg 19: Tips 3: Håll trådarna så korta som möjligt

Det här tipset talar specifikt om SPI -linjerna mellan Arduino och NRF24 -modulen, men detta gäller också med de andra anslutningarna. NRF24L01+ är extremt känslig för störningar, så om det uppstår buller från ledningarna kommer det att förstöra data. Detta är en av de största nackdelarna med SPI -kommunikation. På samma sätt gör du också hela styrenheten renare och mer organiserad genom att hålla trådarna så korta som möjligt.

Steg 20: Tips 4: Placering! Placering! Placering

Förutom att bara hålla trådarna så korta som möjligt betyder det också att hålla avståndet mellan delarna så korta som möjligt.

När du letar efter platser för montering av NRF24 och Arduino, kom ihåg att ha dem så nära varandra som möjligt och styrspakarna.

En annan sak att tänka på är var NRF24 -modulen ska placeras. Som sagt tidigare kan radiovågor inte gå igenom metall, därför bör du montera modulen nära sidan av styrenheten. För att göra detta klippte jag en liten slits med en Dremel för att låta NRF24 sticka ut från sidan.

Steg 21: Kod

Förmodligen den viktigaste delen av detta bygge är den faktiska koden. Jag har inkluderat kommentarer och allt så jag kommer inte att förklara varje program rad för rad.

Med det sagt är några viktiga saker jag vill påpeka att du måste ladda ner NRF24 -biblioteket för att köra programmen. Om du inte redan har biblioteken installerade föreslår jag att du läser instruktionerna som är länkade i avsnittet Extra avläsningar för att lära dig hur. När du skickar signaler till L293D ska du aldrig slå på riktningstapparna båda. Detta kommer att korta motorföraren och få den att brinna upp.

Github-

Steg 22: Slutprodukt

Slutligen, efter ett års insamling av damm och 3 veckors manuellt arbete, har jag äntligen gjort klart Upcycled RC Car. Även om jag måste erkänna, är det ingenstans så kraftfullt som bilarna som ses i inledningen, det kom ut mycket bättre än jag trodde. Bilen kan köra i 40-ish minuter innan den tar slut på ström och kan gå upp till 150m från regulatorn.

Några saker som jag definitivt skulle göra för att förbättra bilen är att byta ut L293D mot L298, en större och kraftfullare motorförare. En annan sak jag skulle göra är att byta ut standard NRF -radiomodul för den förstärkta antennversionen. Dessa modifieringar skulle öka vridmomentet och räckvidden för bilen.

Steg 23: Extra avläsningar:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductor Datablad
• SPI -kommunikation (artikel)
• Grundläggande inställning (video)
• Fördjupningshandledning (artikel)
• Avancerade tips och tricks (videoserier)

L293D

• Texas Instruments datablad
• Fördjupningshandledning (artikel)