HackerBoxes 0013: Autosport: 12 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

AUTOSPORT: Denne måneden utforsker HackerBox Hackers bilelektronikk. Denne instruksen inneholder informasjon for arbeid med HackerBoxes #0013. Hvis du ønsker å motta en boks som denne rett i postkassen din hver måned, er det nå på tide å abonnere på HackerBoxes.com og bli med i revolusjonen!

Emner og læringsmål for denne HackerBox:

• Tilpasning av NodeMCU for Arduino
• Montering av et 2WD bilmonteringssett
• Kabling av en NodeMCU for å styre et 2WD bilmonteringssett
• Kontrollere en NodeMCU over WiFi ved hjelp av Blynk
• Bruke sensorer for autonom navigasjon
• Arbeide med Automotive On-Board Diagnostics (OBD)

HackerBoxes er den månedlige abonnementskassen for DIY -elektronikk og datateknologi. Vi er hobbyfolk, produsenter og eksperimenter. Hack the Planet!

Trinn 1: HackerBoxes 0013: Innhold i esken

• HackerBoxes #0013 Samlingsbart referansekort
• 2WD bilchassisett
• NodeMCU WiFi -prosessormodul
• Motorskjerm for NodeMCU
• Genserblokk for motorskjerm
• Batteriboks (4 x AA)
• HC-SR04 ultralydavstandssensor
• TCRT5000 IR -refleksivitetssensorer
• DuPont kvinne-hunnhoppere 10 cm
• To røde lasermoduler
• Mini-ELM327 innebygd diagnostikk (OBD)
• Eksklusivt HackerBoxes Racing -dekal

Noen andre ting som vil være nyttige:

• Fire AA -batterier
• Dobbeltsidig skumbånd eller borrelås
• microUSB -kabel
• Smart telefon eller nettbrett
• Datamaskin med Arduino IDE

Viktigst av alt, trenger du en følelse av eventyr, DIY -ånd og nysgjerrighet på hackere. Hardcore hobbyistelektronikk er ikke alltid lett, men når du fortsetter og liker eventyret, kan det være stor tilfredshet å følge utholdenheten og få prosjektene dine til å fungere. Bare ta hvert trinn sakte, vær oppmerksom på detaljene, og ikke nøl med å be om hjelp.

Trinn 2: Automotive Electronics og selvkjørende biler

Bilelektronikk er alle elektroniske systemer som brukes i kjøretøyer. Disse inkluderer carputere, telematikk, bilunderholdningssystemer og så videre. Bilelektronikk stammer fra behovet for å kontrollere motorer. De første ble brukt til å kontrollere motorfunksjoner og ble referert til som motorstyringsenheter (ECU). Da elektroniske kontroller begynte å bli brukt til flere bilapplikasjoner, tok akronymet ECU den mer generelle betydningen av "elektronisk kontrollenhet", og deretter ble spesifikke ECUer utviklet. Nå er ECUer modulære. To typer inkluderer motorstyringsmoduler (ECM) eller transmisjonskontrollmoduler (TCM). En moderne bil kan ha opptil 100 ECU.

Radiostyrte biler (R/C-biler) er biler eller lastebiler som kan styres på avstand ved hjelp av en spesialisert sender eller fjernkontroll. Begrepet "R/C" har blitt brukt til å bety både "fjernstyrt" og "radiostyrt", men vanlig bruk av "R/C" i dag refererer vanligvis til kjøretøyer som styres av en radiofrekvensforbindelse.

En autonom bil (førerløs bil, selvkjørende bil, robotbil) er et kjøretøy som er i stand til å føle omgivelsene og navigere uten menneskelig innspill. Autonome biler kan oppdage omgivelser ved hjelp av en rekke teknikker som radar, lidar, GPS, kilometerteller og datasyn. Avanserte kontrollsystemer tolker sensorisk informasjon for å identifisere passende navigasjonsveier, samt hindringer og relevant skilting. Autonome biler har kontrollsystemer som er i stand til å analysere sensoriske data for å skille mellom forskjellige biler på veien, noe som er veldig nyttig for å planlegge en vei til ønsket destinasjon.

Trinn 3: Arduino for NodeMCU

NodeMCU er en åpen kildekode IoT -plattform. Den inkluderer fastvare som kjører på ESP8266 Wi-Fi SoC fra Espressif Systems og maskinvare basert på ESP-12-modulen.

Arduino IDE kan nå enkelt utvides til å støtte programmering av NodeMCU -moduler som om de var noen annen Arduino -utviklingsplattform.

For å starte må du kontrollere at du har Arduino IDE installert (www.arduino.cc) samt drivere for riktig Serial-USB-brikke på NodeMCU-modulen du bruker. For tiden inkluderer de fleste NodeMCU-moduler CH340 Serial-USB-brikken. Produsenten av CH340 -brikkene (WCH.cn) har drivere tilgjengelig for alle populære operativsystemer. Ta en titt på Googles oversettelsesside for nettstedet deres.

Kjør Ardino IDE, gå til preferanser, og finn feltet for å skrive inn "Ekstra styringsleder -URLer"

Lim inn denne nettadressen:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

For å installere Board Manager for ESP8266.

Etter installasjonen, lukk IDE og start den deretter opp igjen.

Koble nå NodeMCU -modulen til datamaskinen din ved hjelp av en microUSB -kabel (som de fleste mobiltelefoner og nettbrett bruker).

Velg brettypen i Arduino IDE som NodeMCU 1.0

Vi liker alltid å laste og teste blink -demoen på et nytt Arduino -kort bare for å få litt tillit til at alt fungerer som det skal. NodeMCU er intet unntak, men du må endre LED -pinnen fra pin13 til pin16 før du kompilerer og laster opp. Sørg for at denne hurtigtesten fungerer som den skal før du går videre til noe mer komplisert med Arduino NodeMCU.

Her er en instruks som går gjennom oppsettprosessen for Arduino NodeMCU med noen forskjellige applikasjonseksempler. Det er litt på avveie fra målet her, men det kan være nyttig å se på et annet synspunkt hvis du blir sittende fast.

Trinn 4: 2WD bilchassisett

2WD Car Chassis Kit innhold:

• Aluminiums chassis (farger varierer)
• To FM90 DC -motorer
• To hjul med gummidekk
• Freewheel Caster
• Monteringsmaskinvare
• Monteringsmaskinvare

FM90 DC -motorene ser ut som mikroservoer fordi de er bygget i samme plasthus som vanlige mikroservoer, for eksempel FS90, FS90R eller SG92R. FM90 er imidlertid ikke en servo. FM90 er en likestrømsmotor med et plastgir.

FM90 -motorens hastighet styres av pulsbreddemodulerende (PWM) strømledningene. Retningen styres ved å bytte effektpolaritet som med enhver børstet likestrømsmotor. FM90 kan kjøres på 4-6 volt DC. Selv om den er liten, trekker den nok strøm til at den ikke skal drives direkte fra en mikrokontrollerpinne. En motorfører eller H-bro skal brukes.

FM90 DC Motorspesifikasjoner:

• Dimensjoner: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Spline Count: 21
• Vekt: 8,4 g
• Ingen lasthastighet: 110RPM (4.8v) / 130RPM (6v)
• Løpestrøm (uten belastning): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Peak Stall Torque (4,8v): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Peak Stall Torque (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Stallstrøm: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Trinn 5: Bilchassis: Mekanisk montering

Bilchassiset kan enkelt monteres i henhold til dette diagrammet.

Vær oppmerksom på at det er to små poser med maskinvare. Den ene inkluderer monteringsutstyr med seks messing 5 mm-M3 avstandsstykker sammen med matchende skruer og muttere. Denne monteringsutstyret kan være nyttig i senere trinn med montering av kontrollere, sensorer og andre gjenstander på chassiset.

For dette trinnet vil vi bruke monteringsmaskinvaren som inkluderer:

• Fire tynne M2x8 bolter og små matchende muttere for å feste motorene
• Fire tykkere M3x10 bolter og større matchende muttere for festing av hjulet
• To PB2.0x8 skruer med grove gjenger for å feste hjulene på motorene

Vær oppmerksom på at FM90 -motorene er orientert slik at trådledningene strekker seg fra baksiden av det monterte chassiset.

Trinn 6: Bilchassis: Legg til strømpakke og kontroller

ESP-12E motorskjermkort støtter direkte plugging av NodeMCU-modulen. Motorskjermen inkluderer en L293DD push-pull motordriverbrikke (datablad). Motorkabellederne skal kobles til A+/A- og B+/B- skrueterminalene på motorskjermen (etter at kontaktene er fjernet). Batterikablene skal være koblet til batteriets inngangsklemmer.

Hvis et av hjulene svinger i feil retning, kan ledningene til den tilsvarende motoren byttes på skrueterminalene, eller retningsbiten kan vendes i koden (neste trinn).

Det er en strømknapp i plast på motorskjermen for å aktivere batteriinngangstilførselen. Jumperblokken kan brukes til å lede strøm til NodeMCU fra motorskjermen. Uten jumperblokken er installert, kan NodeMCU koble seg selv fra USB -kabelen. Med jumperblokken installert (som vist), forsyner batteriet motorene og drives også til NodeMCU -modulen.

Motorskjermen og batteripakken kan monteres på kabinettet ved å stille opp skruehullene med tilgjengelige åpninger i aluminiumsrammen. Vi synes imidlertid det er lettere å bare feste dem på chassiset ved hjelp av dobbeltsidig skumtape eller selvklebende borrelåsstrimler.

Trinn 7: Bilchassis: Programmering og Wi-Fi-kontroll

Blynk er en plattform med iOS- og Android -apper for å kontrollere Arduino, Raspberry Pi og annen maskinvare over Internett. Det er et digitalt dashbord hvor du kan bygge et grafisk grensesnitt for prosjektet ditt ved å dra og slippe widgets. Det er veldig enkelt å sette opp alt, og du begynner å tinke med en gang. Blynk vil gjøre deg online og klar for Internet Of Your Things.

HBcar.ino Arduino -skriptet som følger med her, viser hvordan du kobler til fire knapper (forover, bakover, høyre og venstre) på et Blynk -prosjekt for å kontrollere motorene på 2WD -bilchassiset.

Før kompilering må tre strenger endres i programmet:

• Wi-Fi SSID (for Wi-Fi-tilgangspunktet ditt)
• Wi-Fi-passord (for Wi-Fi-tilgangspunktet ditt)
• Blynk Authorization Token (fra ditt Blynk -prosjekt)

Legg merke til fra eksempelkoden at L293DD -brikken på motorskjermen er koblet til som følger:

• GPIO pin 5 for motor A hastighet
• GPIO pin 0 for motor A -retning
• GPIO pin 4 for motor B -hastighet
• GPIO pin 2 for motor B -retning

Trinn 8: Sensorer for autonom navigasjon: Ultrasonic Range Finder

HC-SR04 ultralydavstandsmåler (datablad) kan gi målinger fra ca. 2 cm til 400 cm med en nøyaktighet på opptil 3 mm. HC-SR04-modulen inkluderer en ultralydsender, en mottaker og en styrekrets.

Etter å ha festet fire hun-hun-hoppere til pinnene på HC-SR04, kan det å vikle litt tape rundt kontaktene bidra til å både isolere tilkoblingene fra kortslutning til aluminiumsunderstellet og også gi en smidig masse å kile inn i sporet foran på chassiset som vist.

I dette eksemplet kan de fire pinnene på HC-SR04 kobles til motorskjermen:

• VCC (på HC-SR04) til VIN (på motorskjerm)
• Utløser (på HC-SR04) til D6 (på motorskjerm)
• Ekko (på HC-SR04) til D7 (på motorskjerm)
• GND (på HC-SR04) til GND (på motorskjerm)

VIN vil levere ca 6VDC til HC-SR04, som bare trenger 5V. Det ser imidlertid ut til å fungere fint. Den andre tilgjengelige strømskinnen (3.3V) er noen ganger tilstrekkelig til å drive HC-SR04-modulen (absolutt prøve den), men noen ganger er det ikke nok spenning.

Når dette er koblet til, kan du prøve ut eksempelkoden NodeMCUping.ino for å teste driften av HC-SR04. Avstanden fra sensoren til ethvert objekt skrives ut på den serielle skjermen (9600 -kortet) i centimeter. Få vår linjal og test nøyaktigheten. Imponerende er det ikke?

Nå som du har dette hintet, kan du prøve noe slikt for en kollisjon-unngående, autonom bil:

1. frem til avstand <10cm
2. stoppe
3. revers en liten avstand (valgfritt)
4. vri en tilfeldig vinkel (tid)
5. loop til trinn 1

For litt generell bakgrunnsinformasjon, her er en opplæringsvideo full av detaljer for bruk av HC-SR04-modulen.

Trinn 9: Sensorer for autonom navigasjon: Infrarød (IR) refleksjon

IR -reflekssensormodulen bruker et TCRT5000 (datablad) for å oppdage farge og avstand. Modulen sender ut IR -lys og oppdager deretter om den mottar en refleksjon. Takket være dens evne til å kjenne om en overflate er hvit eller svart, brukes denne sensoren ofte på linje etter roboter og automatisk datalogging på verktøymålere.

Måleavstandsområdet er fra 1 mm til 8 mm, og det sentrale punktet er omtrent 2,5 mm. Det er også et innebygd potensiometer for å justere følsomheten. IR -dioden vil avgi IR -lys kontinuerlig når modulen er koblet til strøm. Når det utsendte infrarøde lyset ikke reflekteres, vil trioden være i av -tilstand og få den digitale (D0) -utgangen til å indikere en logisk LAV.

Trinn 10: Laserstråler

Disse vanlige 5mW 5V lasermodulene kan brukes til å legge til røde laserstråler til stort sett alt som har 5V strøm tilgjengelig.

Vær oppmerksom på at disse modulene lett kan bli skadet, så HackerBox #0013 inkluderer et par som gir en sikkerhetskopi. Vær forsiktig med lasermodulene dine!

Trinn 11: Automotive On-board Diagnostics (OBD)

Omborddiagnostikk (OBD) er en bilbetegnelse som refererer til et kjøretøys selvdiagnostiserings- og rapporteringsevne. OBD -systemer gir bileieren eller reparasjonsteknikeren tilgang til statusen til de forskjellige kjøretøyundersystemene. Mengden diagnostisk informasjon som er tilgjengelig via OBD har variert mye siden introduksjonen på begynnelsen av 1980-tallet av kjørecomputere. Tidlige versjoner av OBD ville bare lyse opp en funksjonsindikator hvis et problem ble oppdaget, men ville ikke gi informasjon om problemets art. Moderne OBD-implementeringer bruker en standardisert digital kommunikasjonsport for å gi sanntidsdata i tillegg til en standardisert serie med diagnostiske feilkoder, eller DTC, som gjør at man raskt kan identifisere og rette feil i kjøretøyet.

OBD-II er en forbedring i både evne og standardisering. OBD-II-standarden spesifiserer typen diagnostisk kontakt og pinout, de tilgjengelige elektriske signalprotokollene og meldingsformatet. Den gir også en kandidatliste over kjøretøyparametere å overvåke sammen med hvordan du skal kode dataene for hver. Det er en pinne i kontakten som gir strøm til skanneverktøyet fra bilbatteriet, noe som eliminerer behovet for å koble et skanneverktøy til en strømkilde separat. OBD-II diagnosefeilkoder er firesifrede, etterfulgt av en bokstav: P for motor og girkasse (drivverk), B for karosseri, C for chassis og U for nettverk. Produsenter kan også legge til egendefinerte dataparametere til deres spesifikke OBD-II-implementering, inkludert forespørsler i sanntid samt problemkoder.

ELM327 er en programmert mikrokontroller for grensesnitt til det innebygde diagnostiske grensesnittet (OBD) som finnes i de fleste moderne biler. ELM327-kommandoprotokollen er en av de mest populære PC-til-OBD-grensesnittstandardene og er også implementert av andre leverandører. Den originale ELM327 er implementert på PIC18F2480 mikrokontroller fra Microchip Technology. ELM327 abstraherer lavnivåprotokollen og presenterer et enkelt grensesnitt som kan kalles via en UART, vanligvis med et håndholdt diagnostikkverktøy eller et dataprogram tilkoblet med USB, RS-232, Bluetooth eller Wi-Fi. Funksjonen til slik programvare kan omfatte supplerende kjøretøyinstrumentering, rapportering av feilkoder og sletting av feilkoder.

Selv om Torque sannsynligvis er det mest kjente, er det mange applikasjoner som kan brukes med ELM327.

Trinn 12: Hack the Planet

Takk for at du delte eventyret vårt om bilelektronikk. Hvis du har likt denne Instrucable og ønsker å få en eske med elektronikkprosjekter som dette levert rett i postkassen din hver måned, kan du bli med oss ved å abonnere HER.

Nå ut og del suksessen din i kommentarene nedenfor og/eller på HackerBoxes Facebook -side. Gi oss beskjed hvis du har spørsmål eller trenger hjelp med noe. Takk for at du er en del av HackerBoxes. Kom gjerne med forslag og tilbakemeldinger. HackerBoxes er DINE esker. La oss lage noe flott!