Upcycled RC -bil: 23 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-13 06:58

RC -biler har alltid vært en kilde til spenning for meg. De er raske, de er morsomme, og du trenger ikke bekymre deg hvis du krasjer dem. Likevel, som en eldre, mer moden, RC -entusiast, kan jeg ikke bli sett på å leke med små, små RC -biler. Jeg må ha store, voksne mannlige. Det er her et problem oppstår: RC -biler for voksne er dyre. Mens du surfer på nettet kostet den billigste jeg fant $ 320, gjennomsnittet er rundt $ 800. Datamaskinen min er billigere enn disse lekene!

Da jeg visste at jeg ikke har råd til disse lekene, sa produsenten i meg at jeg kunne lage bil for en tiendedel av prisen. Dermed begynte jeg reisen min for å gjøre søppel til gull

Rekvisita

Delene som trengs for RC -bilen er som følger:

• Brukt RC bil
• L293D motordriver (DIP -skjema)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodul
• RC Drone -batteri (eller annet høyt strømbatteri)
• LM2596 Buck -omformere (2)
• Ledninger
• Perfboard
• Små forskjellige komponenter (toppnål, skrueterminaler, kondensatorer osv.)

Delene som trengs for RC -kontrolleren er som følger:

• Brukt kontroller (må ha 2 analoge joysticks)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodul
• Elektriske ledninger

Trinn 1: Resirkulert skatt

Dette prosjektet startet opprinnelig for omtrent et år siden da mine venner og jeg planla å lage en datadrevet bil til et hackathon-prosjekt (kodingskonkurranse). Planen min var å gå til en bruktbutikk, kjøpe den største RC -bilen jeg kunne finne, tømme innsiden og erstatte den med en ESP32.

På en tidsklemme rusket jeg bort til Savers, kjøpte en RC -bil og forberedte meg på hackaton. Dessverre kom mange av delene jeg trengte ikke inn i tide, så jeg måtte skrote prosjektet helt.

Helt siden den gang har RC -bilen samlet seg støv under sengen min, til nå …

Raskt Overblikk:

I dette prosjektet skal jeg gjenbruke en brukt lekebil og en IR -kontroller for å lage Upcycled RC Car. Jeg tar tarmen på innsiden, implanterer Arduino Nano og bruker NRF24L01+ radiomodulen til å kommunisere mellom de to.

Trinn 2: Teori

Å forstå hvordan noe fungerer er viktigere enn å vite hvordan man får det til å fungere

- Kevin Yang 17.05.2020 (jeg har nettopp funnet på dette)

Når det er sagt, la oss begynne å snakke om teorien og elektronikken bak Upcycled RC Car.

På bilsiden bruker vi en NRF24L01+, en Arduino Nano, en L293D -motorfører, motorene i RC -bilen og to buck -omformere. Den ene bukkomformeren vil levere drivspenningen til motoren, mens den andre vil levere 5V for Arduino Nano.

På kontrolleren vil vi bruke en NRF24L01+, en Arduino Nano og de analoge styrespakene i den omformede kontrolleren.

Trinn 3: NRF24L01+

Før vi begynner, bør jeg nok forklare elefanten i rommet: NRF24L01+. Hvis du ikke allerede er kjent med navnet, er NRF24 en brikke produsert av Nordic Semiconductors. Det er ganske populært i produsentmiljøet for radiokommunikasjon på grunn av sin lave pris, lille størrelse og velskrevne dokumentasjon.

Så hvordan fungerer egentlig NRF -modulen? Vel, for det første, fungerer NRF24L01+ på 2,4 GHz -frekvensen. Dette er den samme frekvensen som Bluetooth og Wifi bruker (med små variasjoner!). Brikken kommuniserer mellom en Arduino ved hjelp av SPI, en firepinners kommunikasjonsprotokoll. For strøm bruker NRF24 3.3V, men pinnene er også 5V -tolerante. Dette lar oss bruke en Arduino Nano, som bruker 5V logikk, med NRF24, som bruker 3.3V logikk. Noen andre funksjoner er som følger.

Bemerkelsesverdige funksjoner:

• Kjører på 2,4 GHz båndbredde
• Spenningsområde: 1,6 - 3,6V
• 5V tolerant
• Bruker SPI -kommunikasjon (MISO, MOSI, SCK)
• Tar opp 5 pinner (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Veldig viktig i dette prosjektet!)
• Sove modus
• Forbruker 900nA - 12mA
• Overføringsområde: ~ 100 meter (varierer avhengig av geografisk plassering)
• Kostnad: $ 1,20 per modul (Amazon)

Hvis du vil lære mer om NRF24L01+, kan du se delen Ekstra avlesninger til slutt

Trinn 4: L293D - Dobbelt H -bro motor driver

Selv om Arduino Nano kan levere nok strøm til å drive en LED, er det ingen måte at Nano kan drive en motor selv. Derfor må vi bruke en spesiell driver for å kontrollere motoren. I tillegg til å kunne levere strømmen, vil driverbrikken også beskytte Arduino mot eventuelle spenningsspisser som oppstår ved å slå motoren på og av.

Sett inn L293D, en firdoblet halv H-bro-motorfører, eller i lekmannstegn, en brikke som kan drive to motorer fremover og bakover.

L293D er avhengig av H-broer for å kontrollere både motorens hastighet og retningen. En annen funksjon er strømforsyningsisolasjon, som gjør at Arduino kan løpe ut av en strømkilde atskilt fra motorene.

Trinn 5: Gutting the Car

Nok teori og lar oss begynne å bygge!

Siden RC -bilen ikke kommer med en kontroller (husk den fra en bruktbutikk), er innsiden av elektronikk i utgangspunktet ubrukelig. Dermed åpnet jeg opp RC -bilen og kastet kontrollerkortet i søppelbøtta.

Nå er det viktig å ta noen notater før vi begynner. En ting å merke seg er forsyningsspenningen til RC -bilen. Bilen jeg kjøpte er veldig gammel, langt før litiumbaserte batterier var vanlige. Dette betyr at denne RC-bilen ble slått av et Ni-Mh-batteri med en nominell spenning på 9,6 volt. Dette er viktig, da dette vil være spenningen som vi skal drive motorene på.

Trinn 6: Hvordan fungerer bilen?

Jeg kan med 99% sikkerhet si at bilen min ikke er den samme som din, noe som betyr at denne delen i hovedsak er ubrukelig. Imidlertid er det viktig å påpeke noen få funksjoner som bilen min har, fordi jeg kommer til å basere designet mitt på det.

Styring

I motsetning til moderne RC -biler, bruker ikke bilen jeg modderer en servo for å snu. I stedet bruker bilen min en grunnleggende børstet motor og fjærer. Dette har mange ulemper, spesielt fordi jeg ikke har evne til å gjøre fine svinger. Imidlertid er en umiddelbar fordel at jeg ikke trenger noe komplisert kontrollgrensesnitt for å snu. Alt jeg trenger å gjøre er å aktivere motoren med en viss polaritet (avhengig av hvilken vei jeg vil svinge).

Differensialaksel

Utrolig nok inneholder RC -bilen min også en differensialaksel og to forskjellige girmoduser. Dette er ganske morsomt ettersom differensialer vanligvis finnes i virkelige biler, ikke i små RC-biler. Jeg skulle tro at før denne bilen var i hyllene i en bruktbutikk, var den en avansert RC-modell.

Trinn 7: Spørsmålet om makt

Med funksjonene ute av veien, må vi nå snakke om den viktigste delen av dette bygget: Hvordan skal vi drive RC -bilen? Og for å være mer spesifikk: Hvor mye strøm er nødvendig for å drive motorene?

For å svare på dette, koblet jeg et dronebatteri til en bukkonverter, der jeg droppet 11V på batteriet til 9,6V på motorene. Derfra satte jeg multimeteret til 10A nåværende modus og fullførte kretsen. Min måler leste at motorene trengte 300 mA strøm for å få inn fri luft.

Selv om dette kanskje ikke høres ut som mye, er målingen vi virkelig bryr oss om motorens stallstrøm. For å måle dette la jeg hendene over hjulene for å forhindre at de snur. Da jeg så på måleren min, viste den en solid 1A.

Da jeg visste at drivmotorene vil trekke omtrent en forsterker, fortsatte jeg med å teste styremotorene som trakk 500mA da de ble stoppet. Med denne kunnskapen kom jeg til den konklusjonen at jeg kan slå av hele systemet fra et RC dronebatteri og to LM2596 buck -omformere*.

*Hvorfor to-buck kontroller? Hver LM2596 har en maksimal strøm på 3A. Hvis jeg slår av alt fra en bukkonverter, skulle jeg trekke mye strøm, og derfor ville jeg ha ganske store spenningsspisser. Av design hviler Arduino Nano -kraften hver gang det er en stor spenningspike. Derfor brukte jeg to omformere for å lette belastningen og holde Nano isolert fra motorene.

En siste viktig komponent vi trenger er en Li-Po cellespenningstester. Hensikten med dette er å beskytte batteriet mot overladning for å forhindre ødeleggelse av batteriets levetid (hold alltid cellespenningen til et litiumbasert batteri over 3,5V!)

Trinn 8: RC bilkrets

Med strømproblemet ute av veien, kan vi nå konstruere kretsen. Over er skjematisk jeg laget for RC -bilen.

Husk at jeg ikke inkluderte batteriets voltmeter -tilkobling. Alt du trenger å gjøre for å bruke voltmeteret er å koble balansekontakten til voltmeterets respektive pinner. Hvis du aldri har gjort dette før, klikker du på videoen som er lenket til i delen Ekstra avlesninger for å lære mer.

Merknader om kretsen

Aktiveringspinnene (1, 9) på L293D krever et PWM -signal for å ha variabel hastighet. Det betyr at bare noen få pinner på Arduino Nano kan kobles til dem. For de andre pinnene på L293D går alt.

Siden NRF24L01+ kommuniserer over SPI, må vi koble SPI -pinnene til SPI -pinnene på Arduino Nano (så koble til MOSI -> MOSI, MISO -> MISO og SCK -> SCK). Det er også viktig å legge merke til at jeg koblet IRQ -pinnen til NRF24 til pinne 2 på Arduino Nano. Dette er fordi IRQ -pinnen går LAV hver gang NR24 mottar en melding. Når jeg vet dette, kan jeg utløse et avbrudd for å be Nano om å lese radioen. Dette gjør at Nano kan gjøre andre ting mens den venter på nye data.

Trinn 9: PCB

Siden jeg ønsker å gjøre dette til en modulær design, opprettet jeg et PCB ved hjelp av perf -bord og mange topptekster.

Trinn 10: Endelige tilkoblinger

Med kretskortet gjort og RC -bilen slettet, brukte jeg alligatorledninger for å teste om alt fungerer.

Etter å ha testet at alle tilkoblingene er riktige, byttet jeg ut alligator -ledningene med ekte kabler og festet alle komponentene til kabinettet.

På dette tidspunktet har du kanskje innsett at denne artikkelen ikke er en trinnvis veiledning. Dette er fordi det rett og slett er umulig å skrive hvert eneste trinn ut, så i stedet vil de neste trinnene i Instructables være meg som deler noen tips jeg lærte mens jeg laget bilen.

Trinn 11: Tips 1: Plassering av radiomodul

For å øke rekkevidden til RC -bilen, plasserte jeg NRF -radiomodulen så langt til siden som mulig. Dette er fordi radiobølger reflekterer av metaller som PCB og ledninger, og reduserer derfor rekkevidden. For å løse dette, satte jeg modulen på selve siden av kretskortet og klippet en spalte i bilens hus for å la den stikke ut.

Trinn 12: Tips 2: Hold det modulært

En annen ting jeg gjorde som reddet meg et par ganger, er å koble alt gjennom toppnål og rekkeklemmer. Dette gjør det enkelt å bytte deler hvis en av komponentene blir stekt (uansett grunn …).

Trinn 13: Tips 3: Bruk varmeavleder

Motorene i min RC -bil presser L293D til det ytterste. Selv om motorføreren kan håndtere opptil 600 mA kontinuerlig, betyr det også at det blir veldig varmt og raskt! Det er derfor det er en god idé å legge til litt termisk pasta og kjøleribber for å forhindre at L293D lager mat selv. Selv med varmeavlederen kan imidlertid brikken fortsatt bli for varm til å berøre. Derfor er det lurt å la bilen kjøle seg ned etter 2-3 minutters spill.

Trinn 14: RC -kontrollertid

Når RC -bilen er ferdig, kan vi begynne å lage kontrolleren.

I likhet med RC -bilen, kjøpte jeg også kontrolleren for en stund tilbake og tenkte at jeg kunne gjøre noe med den. Ironisk nok er kontrolleren faktisk en IR -en, så den bruker IR -lysdioder til å kommunisere mellom enheter.

Grunnideen med denne bygningen er å beholde det originale kortet inne i kontrolleren og bygge Arduino og NRF24L01+ rundt det.

Trinn 15: Grunnleggende om analog joystick

Å koble til en analog joystick kan være skremmende, spesielt fordi det ikke er noe utbruddskort for pinnene. Ingen grunn til bekymring! Alle analoge joysticks opererer etter det samme veiledningsprinsippet og har vanligvis samme pinout.

I hovedsak er analoge styrespaker bare to potensiometre som endrer motstand når de beveges i forskjellige retninger. For eksempel, når du flytter joysticken til høyre, endrer potensiometeret for x-aksen verdien. Når du flytter joysticken fremover, endrer y-aksens potensiometer verdi.

Med dette i tankene, hvis vi ser på undersiden av det analoge styrespaken, ser vi 6 pinner, 3 for x-aksen potensiometer og 3 for y-aksen potensiometer. Alt du trenger å gjøre er å koble 5V og jord til de ytre pinnene og koble den midterste pinnen til en analog inngang på Arduino.

Husk at verdiene for potensiometeret vil bli kartlagt til 1024 og ikke 512! Dette betyr at vi må bruke den innebygde kartfunksjonen () i Arduino for å kontrollere eventuelle digitale utganger (som PWM -signalet vi bruker for å kontrollere L293D). Dette er allerede gjort i koden, men hvis du planlegger å skrive ditt eget program, må du huske på det.

Trinn 16: Tilkoblinger til kontroller

Tilkoblingene mellom NRF24 og Nano er fortsatt de samme for kontrolleren, men minus IRQ -tilkoblingen.

Kretsen for kontrolleren er vist ovenfor.

Modding en kontroller er definitivt en form for kunst. Jeg har allerede gjort dette poenget utallige ganger, men det er rett og slett ikke mulig å skrive en trinnvis veiledning om hvordan du gjør dette. Således, som det jeg gjorde tidligere, vil jeg gi noen tips om hva jeg lærte mens jeg lagde kontrolleren min.

Trinn 17: Tips 1: Bruk delene du har til disposisjon

Plassen er veldig trang i kontrolleren, derfor, hvis du vil inkludere andre innganger for bilen, kan du bruke bryterne og knappene som allerede er der. For kontrolleren min koblet jeg også et potensiometer og en 3-veis bryter til Nano.

En annen ting å huske på at dette er kontrolleren din. Hvis pinoutene ikke passer for deg, kan du alltid omorganisere dem!

Trinn 18: Tips 2: Fjern unødvendige spor

Siden vi bruker det originale kortet, bør du skrape av alle sporene som går til de analoge styrespakene og til alle andre sensorer du bruker. Ved å gjøre dette forhindrer du muligheten for at uventet sensoroppførsel skjer.

For å gjøre disse kuttene brukte jeg ganske enkelt en boksekutter og scoret PCB et par ganger for å virkelig skille sporene.

Trinn 19: Tips 3: Hold ledningene korte som mulig

Dette tipset snakker spesielt om SPI -linjene mellom Arduino og NRF24 -modulen, men dette gjelder også de andre forbindelsene. NRF24L01+ er ekstremt følsom for interferens, så hvis det blir noe støy fra ledningene, vil det ødelegge dataene. Dette er en av de viktigste ulempene med SPI -kommunikasjon. På samme måte, ved å holde ledningene så korte som mulig, gjør du også hele kontrolleren renere og mer organisert.

Trinn 20: Tips 4: Plassering! Plassering! Plassering

I tillegg til å bare holde ledningene så korte som mulig, betyr dette også å holde avstanden mellom deler så kort som mulig.

Når du søker etter steder for montering av NRF24 og Arduino, må du huske å holde dem så nær hverandre som mulig og styrespakene.

En annen ting å huske på er hvor du skal plassere NRF24 -modulen. Som sagt tidligere kan ikke radiobølger gå gjennom metall, derfor bør du montere modulen nær siden av kontrolleren. For å gjøre dette, kuttet jeg en liten spalte med en Dremel for å la NRF24 stikke ut av siden.

Trinn 21: Kode

Sannsynligvis den viktigste delen av denne bygningen er den faktiske koden. Jeg har inkludert kommentarer og alt, så jeg vil ikke forklare hvert program linje for linje.

Når det er sagt, er noen viktige ting jeg vil påpeke at du må laste ned NRF24 -biblioteket for å kjøre programmene. Hvis du ikke allerede har bibliotekene installert, foreslår jeg at du sjekker opplæringsprogrammene som er lenket til i delen Ekstra avlesninger for å lære hvordan. Når du sender signaler til L293D, må du heller ikke slå på retningspinnene begge to. Dette vil kortslutte motorføreren og føre til at den brenner opp.

Github-

Trinn 22: Sluttprodukt

Til slutt, etter ett år med innsamling av støv og 3 uker med håndarbeid, har jeg endelig laget den upcycled RC -bilen. Selv om jeg må innrømme at den ikke er så kraftig som bilene som ble sett i introduksjonen, kom den ut mye bedre enn jeg trodde. Bilen kan kjøre i 40 minutter før den går tom for strøm og kan gå opptil 150 meter fra kontrolleren.

Noen få ting jeg definitivt ville gjort for å forbedre bilen, er å bytte ut L293D med L298, en større og kraftigere motorfører. En annen ting jeg ville gjøre er å bytte ut standard NRF -radiomodul for den forsterkede antenneversjonen. Disse modifikasjonene vil øke henholdsvis dreiemomentet og rekkevidden til bilen.

Trinn 23: Ekstra avlesninger:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductor Datablad
• SPI -kommunikasjon (artikkel)
• Grunnleggende oppsett (video)
• In-Depth Tutorial (artikkel)
• Avanserte tips og triks (videoserier)

L293D

• Datablad for Texas Instruments
• In-Depth Tutorial (artikkel)