Carro RC reciclado: 23 etapas (com fotos)
Carro RC reciclado: 23 etapas (com fotos)
Anonim
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Tesouro reciclado
Tesouro reciclado

Os carros RC sempre foram uma fonte de entusiasmo para mim. Eles são rápidos, são divertidos e você não precisa se preocupar se quebrá-los. No entanto, como um entusiasta de RC mais velho e mais maduro, não posso ser visto brincando com carros RC pequenos para crianças. Eu tenho que ter grandes, do tamanho de um homem. É aqui que surge um problema: os carros RC adultos são caros. Ao navegar online, o mais barato que consegui encontrar custava US $ 320, a média girando em torno de US $ 800. Meu computador é mais barato que esses brinquedos!

Sabendo que não posso pagar esses brinquedos, o fabricante em mim disse que eu poderia fazer um carro por um décimo do preço. Assim, comecei minha jornada para transformar lixo em ouro

Suprimentos

As peças necessárias para o carro RC são as seguintes:

  • Carro RC usado
  • Driver do motor L293D (formulário DIP)
  • Arduino Nano
  • NRF24L01 + Módulo de Rádio
  • Bateria RC Drone (ou qualquer outra bateria de alta corrente)
  • Conversores Buck LM2596 (2)
  • Fios
  • Perfboard
  • Componentes pequenos e diversos (pinos do cabeçote, terminais de parafuso, capacitores, etc)

As peças necessárias para o controlador RC são as seguintes:

  • Controlador usado (deve ter 2 joysticks analógicos)
  • Arduino Nano
  • NRF24L01 + Módulo de Rádio
  • Fios elétricos

Etapa 1: Tesouro reciclado

Tesouro reciclado
Tesouro reciclado

Este projeto começou originalmente há cerca de um ano, quando meus amigos e eu planejamos fazer um carro movido por computador para um projeto de hackathon (competição de codificação). Meu plano era ir a um brechó, comprar o maior carro RC que pudesse encontrar, arrancar o interior e substituí-lo por um ESP32.

Com o tempo apertado, corri para o Savers, comprei um carro RC e me preparei para o hackathon. Infelizmente, muitas das peças de que eu precisava não chegaram a tempo, então tive que descartar totalmente o projeto.

Desde então, o carro RC vem acumulando poeira debaixo da minha cama, até agora …

Visão geral rápida:

Neste projeto, vou reaproveitar um carrinho de brinquedo usado e um controlador IR para criar o carro RC Upcycled. Vou estripar o interior, implantar o Arduino Nano e usar o módulo de rádio NRF24L01 + para a comunicação entre os dois.

Etapa 2: Teoria

Entender como algo funciona é mais importante do que saber como fazê-lo funcionar

- Kevin Yang 2020-05-17 (acabei de inventar)

Com isso dito, vamos começar a falar sobre a teoria e a eletrônica por trás do carro RC Upcycled.

Do lado do carro, estaremos usando um NRF24L01 +, um Arduino Nano, um driver de motor L293D, os motores do carro RC e dois conversores buck. Um conversor buck fornecerá a tensão de acionamento para o motor, enquanto o outro fornecerá 5 V para o Arduino Nano.

No lado do controlador, usaremos um NRF24L01 +, um Arduino Nano e os joysticks analógicos no controlador adaptado.

Etapa 3: O NRF24L01 +

O NRF24L01 +
O NRF24L01 +

Antes de começarmos, provavelmente devo explicar o elefante na sala: o NRF24L01 +. Se você ainda não conhece o nome, o NRF24 é um chip produzido pela Nordic Semiconductors. É bastante popular na comunidade de criadores de comunicação de rádio devido ao seu preço baixo, tamanho pequeno e documentação bem escrita.

Então, como o módulo NRF realmente funciona? Bem, para começar, o NRF24L01 + opera na frequência de 2,4 GHz. Esta é a mesma frequência em que o Bluetooth e o Wifi operam (com pequenas variações!). O chip se comunica entre um Arduino usando SPI, um protocolo de comunicação de quatro pinos. Para alimentação, o NRF24 usa 3,3 V, mas os pinos também são tolerantes a 5 V. Isso nos permite usar um Arduino Nano, que usa lógica de 5 V, com o NRF24, que usa lógica de 3,3 V. Alguns outros recursos são os seguintes.

Características notáveis:

  • Funciona na largura de banda de 2,4 GHz
  • Faixa de tensão de alimentação: 1,6 - 3,6 V
  • 5V Tolerante
  • Usa comunicação SPI (MISO, MOSI, SCK)
  • Pega 5 pinos (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
  • Can Trigger Interrupts - IRQ (muito importante neste projeto!)
  • Modo dormir
  • Consome 900nA - 12mA
  • Alcance de transmissão: ~ 100 metros (irá variar de acordo com a localização geográfica)
  • Custo: $ 1,20 por módulo (Amazon)

Se você quiser saber mais sobre o NRF24L01 +, verifique a seção Leituras Extra no final

Etapa 4: O L293D - Driver do motor Double H-Bridge

O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge
O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge
O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge
O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge
O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge
O L293D - Driver de Motor Double H-Bridge

Embora o Arduino Nano possa fornecer corrente suficiente para alimentar um LED, não há como o Nano alimentar um motor sozinho. Portanto, devemos usar um driver especial para controlar o motor. Além de ser capaz de fornecer a corrente, o chip do driver também protegerá o Arduino de quaisquer picos de tensão que surjam ao ligar e desligar o motor.

Insira o L293D, um driver de motor quádruplo de meia ponte H ou, em termos leigos, um chip que pode acionar dois motores para frente e para trás.

O L293D depende de H-Bridges para controlar a velocidade de um motor e também a direção. Outro recurso é o isolamento da fonte de alimentação, que permite que o Arduino funcione com uma fonte de alimentação separada dos motores.

Etapa 5: Estripando o Carro

Estripando o carro
Estripando o carro
Estripando o carro
Estripando o carro

Chega de teoria e vamos começar a construir!

Como o carro RC não vem com um controlador (lembre-se de que é de um brechó), os componentes eletrônicos internos são basicamente inúteis. Assim, abri o carro RC e joguei a placa do controlador na minha lixeira.

Agora é importante fazer algumas anotações antes de começar. Uma coisa a se notar é a tensão de alimentação do carro RC. O carro que comprei é muito antigo, muito antes de as baterias de lítio se tornarem comuns. Isso significa que este carro RC foi alimentado por uma bateria Ni-Mh com uma voltagem nominal de 9,6 volts. Isso é importante porque essa será a tensão com a qual acionaremos os motores.

Etapa 6: Como funciona o carro?

Como funciona o carro?
Como funciona o carro?
Como funciona o carro?
Como funciona o carro?
Como funciona o carro?
Como funciona o carro?

Posso dizer com 99% de certeza que meu carro não é igual ao seu, o que significa que esta seção é essencialmente inútil. No entanto, é importante apontar algumas características que meu carro tem, porque irei basear meu design nisso.

Direção

Ao contrário dos carros RC modernos, o carro que estou modding não usa um servo para virar. Em vez disso, meu carro usa um motor básico escovado e molas. Isso tem muitas desvantagens, especialmente porque não tenho capacidade de fazer curvas precisas. No entanto, um benefício imediato é que não preciso de nenhuma interface de controle complicada para virar. Tudo o que preciso fazer é energizar o motor com uma certa polaridade (dependendo de para que lado eu quero virar).

Eixo Diferencial

Surpreendentemente, meu carro RC também contém um eixo diferencial e dois modos de marcha diferentes. Isso é bastante divertido, pois os diferenciais são normalmente encontrados em carros reais, não em carros RC pequenos. Eu pensaria que antes de este carro estar nas prateleiras de um brechó, ele era um modelo RC topo de linha.

Etapa 7: A questão do poder

A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder
A questão do poder

Com os recursos fora do caminho, agora temos que falar sobre a parte mais importante desta construção: Como vamos alimentar o carro RC? E para ser mais específico: quanta corrente é necessária para acionar os motores?

Para responder a isso, conectei uma bateria de drone a um conversor de buck, onde joguei os 11V da bateria para os 9,6V dos motores. A partir daí, configurei o multímetro para o modo de corrente de 10A e concluí o circuito. Meu medidor leu que os motores precisavam de 300 mA de corrente para girar ao ar livre.

Embora isso possa não parecer muito, a medição com a qual realmente nos importamos é a corrente de estol dos motores. Para medir isso, coloquei minhas mãos sobre as rodas para evitar que girassem. Quando olhei para o meu medidor, ele exibiu um 1A sólido.

Sabendo que os motores de acionamento consumirão aproximadamente um A, comecei então a testar os motores de direção que consumiram 500mA quando estagnados. Com esse conhecimento, cheguei à conclusão de que posso desligar todo o sistema com uma bateria de drone RC e dois conversores buck LM2596 *.

* Por que controladores de dois dólares? Bem, cada LM2596 tem uma corrente máxima de 3A. Se eu desligar tudo de um conversor buck, vou consumir muita corrente e, portanto, teria picos de tensão bem grandes. Por design, a força do Arduino Nano descansa toda vez que há um grande pico de tensão. Portanto, usei dois conversores para aliviar a carga e manter o Nano isolado dos motores.

Um último componente importante de que precisamos é um testador de voltagem de célula Li-Po. O objetivo de fazer isso é proteger a bateria contra descarga excessiva para evitar arruinar a vida útil da bateria (sempre mantenha a tensão da célula de uma bateria de lítio acima de 3,5 V!)

Etapa 8: Circuito RC Car

Circuito RC Car
Circuito RC Car

Com o problema de energia resolvido, agora podemos construir o circuito. Acima está o esquema que fiz para o carro RC.

Lembre-se de que não incluí a conexão do voltímetro da bateria. Para usar o voltímetro, tudo o que você precisa fazer é conectar o conector da balança aos respectivos pinos do voltímetro. Se você nunca fez isso antes, clique no link do vídeo na seção Leituras extras para saber mais.

Notas sobre o circuito

Os pinos de habilitação (1, 9) no L293D requerem um sinal PWM para ter velocidade variável. Isso significa que apenas alguns pinos no Arduino Nano podem ser conectados a eles. Para os outros pinos do L293D, vale tudo.

Como o NRF24L01 + se comunica por SPI, devemos conectar seus pinos SPI aos pinos SPI no Arduino Nano (então conecte MOSI -> MOSI, MISO -> MISO e SCK -> SCK). Também é importante notar que conectei o pino IRQ do NRF24 ao pino 2 do Arduino Nano. Isso ocorre porque o pino IRQ fica BAIXO toda vez que o NR24 recebe uma mensagem. Sabendo disso, posso ativar uma interrupção para dizer ao Nano para ler o rádio. Isso permite que o Nano faça outras coisas enquanto espera por novos dados.

Etapa 9: PCB

PCB
PCB

Como quero fazer um design modular, criei um PCB usando perf board e muitos pinos de cabeçalho.

Etapa 10: conexões finais

Conexões Finais
Conexões Finais
Conexões Finais
Conexões Finais

Com o PCB pronto e o carro RC destruído, usei fios de jacaré para testar se tudo funciona.

Depois de testar se todas as conexões estão corretas, substituí os fios jacaré por cabos reais e fixei todos os componentes ao chassi.

Neste ponto, você deve ter percebido que este artigo não é um guia passo a passo. Isso ocorre porque é simplesmente impossível escrever todas as etapas, então, em vez disso, as próximas etapas do Instructables serão eu compartilhando algumas dicas que aprendi ao fazer o carro.

Etapa 11: Dica 1: Posicionamento do módulo de rádio

Dica 1: posicionamento do módulo de rádio
Dica 1: posicionamento do módulo de rádio

Para aumentar o alcance do carro RC, coloquei o módulo de rádio NRF o mais lateralmente possível. Isso ocorre porque as ondas de rádio são refletidas em metais, como placas de circuito impresso e fios, reduzindo, portanto, o alcance. Para resolver isso, coloquei o módulo bem na lateral do PCB e cortei uma fenda na carcaça do carro para permitir que ele ficasse para fora.

Etapa 12: Dica 2: mantenha-o modular

Dica 2: mantenha-o modular!
Dica 2: mantenha-o modular!

Outra coisa que fiz e que me salvou algumas vezes foi conectar tudo por meio de pinos de cabeçalho e blocos de terminais. Isso permite a troca fácil de peças se um dos componentes fritar (por qualquer motivo …).

Etapa 13: Dica 3: use dissipadores de calor

Dica 3: Use dissipadores de calor!
Dica 3: Use dissipadores de calor!

Os motores do meu carro RC estão levando o L293D ao limite. Embora o driver do motor possa controlar até 600 mA continuamente, isso também significa que fica muito quente e rápido! É por isso que é uma boa ideia adicionar um pouco de pasta térmica e dissipadores de calor para evitar que o L293D cozinhe sozinho. No entanto, mesmo com os dissipadores de calor, o chip pode ficar quente demais para ser tocado. É por isso que é uma boa ideia deixar o carro esfriar após 2-3 minutos de jogo.

Etapa 14: Tempo do controlador RC

Hora do controlador RC!
Hora do controlador RC!

Com o carro RC pronto, podemos começar a fazer o controlador.

Como o carro RC, também comprei o controlador há um tempo pensando que poderia fazer algo com ele. Ironicamente, o controlador é na verdade um IR, então ele usa LEDs IR para se comunicar entre os dispositivos.

A ideia básica com esta construção é manter a placa original dentro do controlador e construir o Arduino e o NRF24L01 + em torno dela.

Etapa 15: Noções básicas do joystick analógico

Noções básicas do joystick analógico
Noções básicas do joystick analógico
Noções básicas do joystick analógico
Noções básicas do joystick analógico

Conectar-se a um joystick analógico pode ser desanimador, especialmente porque não há uma placa de quebra para os pinos. Não se preocupe! Todos os joysticks analógicos operam com o mesmo princípio de orientação e geralmente têm a mesma pinagem.

Essencialmente, joysticks analógicos são apenas dois potenciômetros que alteram a resistência quando movidos em direções diferentes. Por exemplo, quando você move o joystick para a direita, o valor do potenciômetro do eixo x muda. Agora, quando você move o joystick para frente, o potenciômetro do eixo y muda o valor.

Com isso em mente, se olharmos para a parte inferior do joystick analógico, veremos 6 pinos, 3 para o potenciômetro do eixo x e 3 para o potenciômetro do eixo y. Tudo que você precisa fazer é conectar 5 V e aterrar aos pinos externos e conectar o pino do meio a uma entrada analógica no Arduino.

Lembre-se de que os valores do potenciômetro serão mapeados para 1024 e não 512! Isso significa que temos que usar a função map () embutida no Arduino para controlar quaisquer saídas digitais (como o sinal PWM que estamos usando para controlar o L293D). Isso já está feito no código, mas se você planeja escrever seu próprio programa, deve manter isso em mente.

Etapa 16: Conexões do controlador

Conexões de controlador
Conexões de controlador

As conexões entre o NRF24 e o Nano ainda são as mesmas para o controlador, mas sem a conexão IRQ.

O circuito do controlador é mostrado acima.

Modificar um controlador é definitivamente uma forma de arte. Já disse isso inúmeras vezes, mas simplesmente não é possível escrever um passo a passo como fazer isso. Assim, como fiz anteriormente, darei algumas dicas sobre o que aprendi ao fazer meu controlador.

Etapa 17: Dica 1: use as peças à sua disposição

Dica 1: use as peças à sua disposição!
Dica 1: use as peças à sua disposição!

O espaço é muito apertado no controlador, portanto, se você quiser incluir qualquer outra entrada para o carro, use os interruptores e botões que já estão lá. Para o meu controlador, também conectei um potenciômetro e uma chave de 3 vias ao Nano.

Outra coisa a ter em mente é que este é o seu controlador. Se as pinagens não combinam com sua imaginação, você pode reorganizá-las!

Etapa 18: Dica 2: remova rastros desnecessários

Dica 2: remova rastros desnecessários
Dica 2: remova rastros desnecessários

Como estamos usando a placa original, você deve raspar todos os rastros que vão para os joysticks analógicos e para quaisquer outros sensores que estiver usando. Ao fazer isso, você evita a chance de qualquer comportamento inesperado do sensor acontecer.

Para fazer esses cortes, simplesmente usei um estilete e fiz algumas ranhuras no PCB para realmente separar os traços.

Etapa 19: Dica 3: mantenha os fios curtos o máximo possível

Dica 3: mantenha os fios curtos o máximo possível
Dica 3: mantenha os fios curtos o máximo possível

Esta dica está falando especificamente sobre as linhas SPI entre o Arduino e o módulo NRF24, mas isso também se aplica às outras conexões. O NRF24L01 + é extremamente sensível a interferências, portanto, se algum ruído for captado pelos fios, os dados serão corrompidos. Esta é uma das principais desvantagens da comunicação SPI. Da mesma forma, ao manter os fios o mais curtos possível, você também deixa todo o controlador mais limpo e organizado.

Etapa 20: Dica 4: posicionamento! Posicionamento! Posicionamento

Dica 4: posicionamento! Posicionamento! Posicionamento!
Dica 4: posicionamento! Posicionamento! Posicionamento!

Além de apenas manter os fios o mais curtos possível, isso também significa manter a distância entre as partes o mais curta possível.

Ao procurar locais para montar o NRF24 e o Arduino, lembre-se de mantê-los o mais próximo possível um do outro e dos joysticks.

Outra coisa a ter em mente é onde colocar o módulo NRF24. Como dito anteriormente, as ondas de rádio não conseguem passar pelo metal, portanto, você deve montar o módulo próximo à lateral do controlador. Para fazer isso, cortei uma pequena fenda com uma Dremel para deixar o NRF24 sair da lateral.

Etapa 21: Código

Provavelmente, a parte mais importante desta construção é o código real. Eu incluí comentários e tudo mais, então não vou explicar cada programa linha por linha.

Com isso dito, algumas coisas importantes que quero destacar é que você precisará baixar a biblioteca NRF24 para executar os programas. Se você ainda não tem as bibliotecas instaladas, sugiro que verifique os tutoriais vinculados na seção Leituras extras para saber como. Da mesma forma, ao enviar sinais para o L293D, nunca ligue os pinos de direção. Isso causará um curto-circuito no driver do motor e fará com que ele queime.

Github-

Etapa 22: Produto Final

Finalmente, após um ano acumulando poeira e 3 semanas de trabalho manual, finalmente terminei de fazer o carro RC Upcycled. Embora eu deva admitir, ele não é tão poderoso quanto os carros vistos na introdução, ele saiu muito melhor do que eu pensava. O carro pode dirigir por 40 minutos antes de ficar sem energia e pode ir até 150 metros de distância do controlador.

Algumas coisas que eu definitivamente faria para melhorar o carro é trocar o L293D pelo L298, um driver de motor maior e mais potente. Outra coisa que eu faria seria trocar o módulo de rádio NRF padrão pela versão de antena amplificada. Essas modificações aumentariam o torque e a autonomia do carro, respectivamente.

Etapa 23: Leituras extras:

NRF24L01 +

  • Nordic Semiconductor Datasheet
  • Comunicação SPI (artigo)
  • Configuração Básica (Vídeo)
  • Tutorial detalhado (artigo)
  • Dicas e truques avançados (série de vídeos)

L293D

  • Folha de dados da Texas Instruments
  • Tutorial detalhado (artigo)