RC fyrhjuling Ground Rover: 11 steg (med bilder)

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-13 06:58

Detta är en "Monolith on wheels" (tack vare Stanley Kubrick: D)

Det var en av mina drömmar att bygga en fjärrstyrd markrover ända sedan jag började pyssla med elektronik, eftersom trådlösa saker alltid har fascinerat mig. Jag hade inte tillräckligt med tid och pengar för att bygga en förrän för mitt högskoleprojekt. Så jag byggde en fyrhjulsrover för mitt sista års projekt. I denna instruerbara förklarar jag hur jag använde en gammal förstärkarhölje för att bygga rovern från grunden och hur man gör radiokontrollen.

Detta är en fyrhjuls markrover, med fyra separata drivmotorer. Motordrivkretsen är baserad på L298N, och RF -styrningen är baserad på HT12E- och HT12D -par från Holtek halvledare. Den använder inte Arduino eller andra mikrokontroller. Den version jag gjorde använder billiga 433 MHz ISM -band ASK -sändare och mottagarpar för trådlös drift. Rovern styrs av fyra tryckknappar och körmetoden som används är differentialdrift. Regulatorn har en räckvidd på cirka 100 m i öppet utrymme. Låt oss börja bygga nu.

(Alla bilder är i hög upplösning. Öppna dem på ny flik för högupplösta.)

Steg 1: Delar och verktyg krävs

• 4 x 10 cm x 4 cm hjul med 6 mm hål (eller sådana som är kompatibla med de motorer du har)
• 4 x 12V, 300 eller 500 varv / min växellådor med 6 mm axel
• 1 x metallhölje av lämplig storlek (jag återanvände ett gammalt metallhölje)
• 4 x L -formade motorklämmor
• 2 x 6V 5Ah, bly-syra batterier
• 1 x 9V batteri
• 1 x L298N Motor Driver Board eller bar IC
• 1 x 433MHz sändare
• 2 x 433MHz mottagare (kompatibel)
• 4 x 12 mm tryckknappar
• 1 x DC -fatuttag
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF elektrolytkondensatorer
• 7 x 100nF keramiska kondensatorer
• 4 x 470R -motstånd
• 1 x 51K motstånd (viktigt)
• 1 x 680R motstånd
• 1 x 1M resisitor (viktigt)
• 1 x 7805 eller LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2 -stifts skruvterminaler
• 1 x SPDT -vippbrytare
• 1 x matt svart färg
• Lysdioder, ledningar, vanligt kretskort, IC -uttag, omkopplare, borrmaskin, Dremel, sandpapper och andra verktyg

Delar som motorer, hjul, klämmor etc kan väljas enligt dina krav.

Steg 2: Motordrivrutinschema

HT12D är en 12-bitars avkodare som är en seriell ingångsparallell utgångsavkodare. Ingångsstiftet på HT12D ansluts till en mottagare som har en seriell utgång. Bland 12-bitarna är 8 bitar adressbitar och HT12D kommer att avkoda ingången om bara den inkommande datan matchar sin nuvarande adress. Detta är användbart om du vill använda många enheter med samma frekvens. Du kan använda en 8 -stifts DIP -switch för att ställa in adressvärdet. Men jag lödde dem direkt till GND som ger adressen 00000000. HT12D drivs här vid 5V och Rosc -värdet är 51 KΩ. Värdet på motståndet är viktigt eftersom ändring av det kan orsaka problem med avkodning.

Utmatningen från 433MHz-mottagaren är ansluten till ingången på HT12D, och de fyra utgångarna är anslutna till L298 2A dual H-bridge-drivrutinen. Föraren behöver ett kylfläns för korrekt värmeavledning eftersom det kan bli väldigt varmt.

När jag trycker på knappen Vänster på fjärrkontrollen vill jag att M1 och M2 ska springa i en riktning motsatt den för M3 och M4 och vice versa för högerstyrning. För framåtkörning måste alla motorer köras i samma riktning. Detta kallas differentialdrift och är vad som används i stridsvagnar. Därför behöver vi inte bara en stift för att styra utan fyra samtidigt. Detta kan inte uppnås med SPST -knappar som jag har, om du inte har några SPDT -omkopplare eller en joystick. Du förstår detta genom att titta på logik tabellen som visas ovan. Den nödvändiga logiken uppnås vid sändaränden i nästa steg.

Hela installationen drivs av två 6V, 5Ah bly-syra batterier i seriekonfiguration. På så sätt har vi gott om plats att placera batterierna inuti chassit. Men det blir bättre om du hittar Li-Po-batterier i intervallet 12V. En DC-fatuttag används för att ansluta Pb-Acid-batterierna till en extern laddare. 5V för HT12D genereras med en 7805 -regulator.

Steg 3: Bygg motorföraren

Jag använde en perfboard för att löda alla komponenter. Först placera komponenterna på ett sätt som är lättare att lödda utan att använda många hoppare. Det här är en upplevelsefråga. När placeringen är tillfredsställande, lödda benen och skär bort överflödiga delar. Nu är det dags för routning. Du kanske har använt auto-router-funktionen på många PCB-designprogram. Du är routern här. Använd din logik för bästa routing med minimal användning av hoppare.

Jag använde ett IC -uttag för RF -mottagaren istället för att lödas direkt, eftersom jag kan återanvända det senare. Hela kortet är modulärt så att jag enkelt kan ta isär dem om det behövs senare. Att vara modulär är en av mina penchanter.

Steg 4: Schematisk RF -fjärrkontroll

Detta är en 4 -kanals RF -fjärrkontroll för rovern. Fjärrkontrollen är baserad på HT12E och HT12D, 2^12-serien kodare-avkodare-par från Holtek halvledare. RF-kommunikationen möjliggörs av 433MHz ASK-sändare-mottagarpar.

HT12E är en 12-bitars kodare och i princip en parallell ingångsseriell utgångskodare. Av 12 bitar är 8-bitar adressbitar som kan användas för att styra flera mottagare. Stiften A0-A7 är adressingångsstiften. Oscillatorfrekvensen bör vara 3 KHz för 5V -drift. Då blir Rosc -värdet 1,1 MΩ för 5V. Vi stämmer 9V -batteri och därför är Rosc -värdet 1 MΩ. Se databladet för att bestämma exakt oscillatorfrekvens och motstånd som ska användas för ett specifikt spänningsområde. AD0-AD3 är kontrollbitens ingångar. Dessa ingångar kommer att styra D0-D3-utgångarna från HT12D-avkodaren. Du kan ansluta utgången från HT12E till vilken sändarmodul som helst som accepterar seriell data. I detta fall ansluter vi utgången till ingångsstiften på 433MHz -sändaren.

Vi har fyra motorer att fjärrstyra, varav var och en är parallellt ansluten för differentialdrift enligt föregående blockdiagram. Jag ville styra motorerna för differentialdrift med fyra SPST-knappar som är allmänt tillgängliga. Men det är ett problem. Vi kan inte styra (eller aktivera) flera kanaler i HT12E-kodaren med bara SPST-knappar. Det är här logikportarna spelar in. En 4069 CMOS NOR och en 4077 NAND utgör logikdrivrutinen. För varje tryckning på tryckknapparna genererar logikkombinationen erforderliga signaler på flera ingångsstiften i kodaren (detta var en intuitiv lösning, snarare än något som utövas av experiment, som en "glödlampa!"). Utsignalen från dessa logiska grindar är anslutna till ingångarna på HT12E och skickas seriellt via sändaren. Vid mottagning av signalen kommer HT12D att avkoda signalen och dra utgångsstiften i enlighet därmed som sedan driver L298N och motorerna.

Steg 5: Bygg RF -fjärrkontrollen

Jag använde två separata perfboard -bitar för fjärrkontrollen; en för knapparna och en för logikkretsen. Alla brädor är helt modulära och kan därför lossas utan avlödning. Sändarmodulens antennstift är ansluten till en extern teleskopisk antenn som räddas från en gammal radio. Men du kan använda en enda bit tråd för det. Fjärrkontrollen använder 9V batteri direkt.

Allt trängdes ihop i en liten plastlåda som jag hittade i skräpboxen. Inte det bästa sättet att göra en fjärrkontroll, men det tjänar syftet.

Steg 6: Måla fjärrkontrollen

Allt var packat inuti med tryckknappar, DPDT-omkopplare, indikatorlampa för tändning och antennen exponerad. Jag borrade några hål nära sändaren placeras eftersom jag upptäckte att den värms upp lite efter långvarig drift. Så hålen kommer att ge lite luftflöde.

Det var ett misstag att skära det stora rektangulära hålet på toppen istället för små fyra. Jag kanske tänkte på något annat. Jag använde metallic silverfärg för finish.

Steg 7: Bygga chassit

Jag använde ett gammalt förstärkarmetallskåp som roverens chassi. Den hade hål under, och var tvungen att bredda några av dem med en borrmaskin, vilket gjorde det enkelt att fästa motorklämmorna. Du måste hitta något liknande eller göra en med plåt. De rätvinklade motorklämmorna (eller L -klämmorna) har sex skruvhål vardera. Hela installationen var inte så robust eftersom plåttjockleken var liten, men tillräckligt för att hålla hela vikten av batterier och allt. Motorerna kan fästas på klämmorna med hjälp av muttrarna som medföljer DC -motorerna. Motoraxeln har ett gängat hål för att fästa hjulen.

Jag använde 300 RPM DC -växlade motorer med plastväxellåda. Plastväxellådor (växlar är fortfarande metall) motorer är billigare än Johnson -motorer. Men de slits ut snabbare och har inte så mycket vridmoment. Jag föreslår att du använder Johnson -växelmotorer med varvtal 500 eller 600. 300 varv per minut räcker inte för bra hastighet.

Varje motor måste lödas med 100 nF keramiska kondensatorer för att minska kontaktgnistor inuti motorerna. Det garanterar bättre livslängd för motorerna.

Steg 8: Måla chassit

Måla är enkelt med sprayburkar. Jag använde matt svart för hela chassit. Du måste rengöra metallkroppen med sandpapper och ta bort gamla färgskikt för bättre finish. Applicera två lager för lång livslängd.

Steg 9: Testning och efterbehandling

Jag var verkligen upphetsad över att se att allt fungerade felfritt första gången jag testade det. Jag tror att det var första gången något sådant hände.

Jag använde en tiffinbox för att hålla förarkortet inuti. Eftersom allt är modulärt är montering enkel. RF -mottagarens antennkabel var ansluten till en ståltrådsantenn utanför chassit.

Allt såg bra ut när det monterades, precis som jag förväntade mig.

Steg 10: Se det i aktion

Ovan är när jag använde rovern för att bära en GPS + Accelerometer -modul för ett annat projekt. På överbordet finns GPS, accelerometer, RF -sändtagare och en hemgjord Arduino. Nedan är motorförarens bräda. Du kan se hur de placerade Pb-Acid-batterierna där. Det finns tillräckligt med utrymme för dem där trots att de har tiffinlådan i mitten.

Se rovern i aktion i videon. Videon är lite skakig när jag filmade den med min telefon.

Steg 11: Förbättringar

Som jag alltid säger, det finns alltid utrymme för förbättringar. Det jag gjorde är bara en grundläggande RC -rover. Det är inte tillräckligt kraftfullt för att bära vikter, undvika hinder och inte heller snabbt. RF -kontrollerns räckvidd är begränsad till cirka 100 meter i öppet utrymme. Du bör försöka lösa alla dessa nackdelar när du bygger en; kopiera inte bara det, såvida du inte är begränsad av tillgången på delar och verktyg. Här är några av mina förbättringsförslag för dig.

• Använd Johnson metallväxellådsmotorer på 500 eller 600 varv / min för bättre balans mellan hastighet och vridmoment. De är riktigt kraftfulla och kan mata upp till 12 kg vridmoment vid 12V. Men du behöver en kompatibel motorförare och batterier för höga strömmar.
• Använd en mikrokontroller för PWM -styrning av motorn. På så sätt kan du styra roverns hastighet. Kommer att behöva en särskild omkopplare för hastighetskontrollen vid fjärrkontrollens ände.
• Använd ett bättre och kraftfullt par för radiosändare och mottagare för ökat räckvidd.
• Ett starkt chassi troligen av aluminium, tillsammans med fjäderdämpare.
• En roterande robotplattform för fastsättning av robotarmar, kameror och annat. Kan göras med en servo ovanpå chassit.

Jag planerar att bygga en sexhjulig rover med alla de funktioner som nämns ovan och att användas som en allmän roverplattform. Hoppas du gillade detta projekt och lärde dig något. Tack för att du läser:)