Transmissor RC baseado em Arduino impresso em 3D: 25 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este projeto mostrará como desenvolvi e construí um transmissor RC baseado em Arduino.

Meu objetivo para este projeto era projetar um transmissor RC imprimível em 3D que eu pudesse usar para controlar outros projetos do Arduino. Eu queria que o controlador fosse o mais permanente possível, mas também queria a capacidade de desmontá-lo e redesenhar partes dele. Este projeto é o resultado de algumas semanas de muito trabalho.

Suprimentos

Para construir este controlador, você precisará de:

• Joystick analógico x2
• Potenciômetro Analógico x2
• Tela OLED de 128x32 0,91 polegadas x1
• Arduino Nano x1
• Módulo NRF24L01 com antena x1
• 3cm x 7cm perfboard x1
• Bateria de íon-lítio BRC 18650 3,7 v x2
• Caixa de bateria 18650 de 2 células x1
• AMS1117 3.3 regulador de tensão x1
• Chave seletora de 3 posições x1
• Chave seletora de 2 posições x2

Itens adicionais:

• Fio de calibre 22 padrão multicolorido
• Fio de bitola 22 com núcleo sólido multicolorido
• Cabeçalhos de alfinetes masculinos + femininos
• parafusos e porcas m3 de cabeça panela (comprimentos variados)
• parafusos e porcas de cabeça panela m2 (comprimentos variados)
• impasses m2 (comprimento variado)

• Acesso a:

  • impressora 3d
  • Ferro de solda

Etapa 1: modelo 3D

Comecei modelando o controlador em um software de modelagem 3D. Houve algumas coisas que levei em consideração durante o processo de design:

• Minha impressora 3D é relativamente pequena, então minhas peças precisariam ser unidas após o processo de impressão. Para resolver isso, adicionei orifícios em todo o projeto para prender as peças usando parafusos m2.
• Eu queria reorganizar facilmente as peças no meu design sem ter que reimprimir, então adicionei orifícios uniformemente espaçados onde as peças seriam unidas para permitir oportunidades de design pós-impressão.
• Evitei saliências completamente neste design, resultando em impressões de alta qualidade.

Este modelo não contém todas as peças que compõem o transmissor, mas todas as peças necessárias para a impressão 3D estão incluídas. Você pode baixar o arquivo STEP para este modelo clicando em download abaixo.

* Incluí o arquivo.stl para o invólucro nrf24 para aqueles que estavam tendo problemas para dividi-lo em três partes distintas.

Etapa 2: Impressão 3D

Esta é uma etapa bastante simples. Depois que todas as peças foram impressas, você pode começar a preparação para a montagem das peças.

Etapa 3: Preparação para montagem: fios

Para permitir mudanças no design deste projeto, eu soldei cabeçotes de pinos machos em uma extremidade de todos os fios.

Etapa 4: Preparação para montagem: display OLED

Antes de iniciar a montagem, você precisará preparar alguns dos componentes eletrônicos. A primeira coisa a fazer é soldar os fios em cada um dos pinos do componente. (É mais fácil usar o fio padrão nesta situação porque é mais flexível e, portanto, mais fácil de montar.) Meu display OLED não tinha cabeçotes de pino, então soldei os fios diretamente na placa breakout. No entanto, não faz diferença se você solda ou não aos cabeçotes dos pinos.

Etapa 5: Preparação para montagem: Joysticks

A próxima etapa é soldar os fios aos joysticks. Neste caso, soldei os fios aos cabeçotes dos pinos por alguns motivos:

1. Se eu tivesse removido os cabeçotes dos pinos e soldado aos orifícios, teria que passar os fios pelos topos dos orifícios porque a montagem impressa em 3D está diretamente sob a placa de breakout do joystick.
2. Desde que eu soldou aos conectores de pinos, os fios caem diretamente para baixo e tornam a parte superior do transmissor mais organizada.

Usei as mesmas cores para os mesmos tipos de pinos em ambos os joysticks:

• Vermelho para VCC
• Preto para GND
• Azul para VRX
• Amarelo para VRY
• Verde para SW

Isso facilitou a conexão dos fios às portas adequadas no Arduino.

Etapa 6: Preparação para montagem: NRF24L01

Para o módulo NRF24L01, removi os cabeçotes dos pinos e os soldei diretamente nos orifícios para ter espaço para o perfboard. Mais uma vez, anotei as cores que usei para cada pino para referência futura.

Etapa 7: Preparação para montagem: potenciômetros

Para os potenciômetros, solde os fios em cada um dos três terminais. Os dois terminais externos são pinos de aterramento ou vcc (não importa em qual ordem) e o terminal do meio é a saída. Soldei um fio vermelho e um fio preto nos dois terminais externos e um fio branco no terminal central para ambos potenciômetros.

Etapa 8: Preparação para montagem: interruptores

Pegue a chave de três posições e solde um fio em cada um dos conectores de pinos. Usei preto no meio e duas outras cores nas laterais, que anotei para referência futura.

Nos dois interruptores de posição, existem três cabeçalhos de pinos. Você usará apenas dois deles. Um fio preto vai no meio e outro fio vai em um dos dois conectores de pino externos. Importante: faça isso para apenas um switch.

A próxima opção será usada como uma chave liga-desliga. Por enquanto, solde apenas um fio no pino central dessa chave liga-desliga.

Etapa 9: Preparação para montagem: solde a caixa da bateria ao interruptor liga-desliga

Solde o fio vermelho da caixa da bateria em um dos pinos externos do botão liga-desliga. Caso ainda não o tenha feito, solde um conector de pino no fio preto do compartimento da bateria.

Etapa 10: Preparação para montagem: regulador de tensão AMS1117

Para esta etapa, você precisará do regulador AMS1117 de 3,3 volts. Aqui, eu tenho um anexado a uma placa de breakout projetada para o NRF24L01, então mostrarei como concluir esta etapa usando esta parte. Se você tem apenas o IC AMS1117, há muitos tutoriais por aí que podem ajudá-lo com a fiação.

A primeira coisa que fiz foi dessoldar todos os cabeçalhos de pinos da placa. Em seguida, soldei um fio vermelho e preto aos pinos correspondentes.

Continuando com o design não permanente, peguei uma fileira de dois conectores de pino fêmea e os conectei às portas VCC e GND onde o módulo NRF24L01 ficaria.

Depois de fazer isso, você pode passar para a próxima etapa.

Etapa 11: preparar a placa de desempenho: Arduino e cabeçalhos de pinos

A última coisa a fazer antes da montagem é preparar o perfboard. Para fazer isso, você precisará do Arduino Nano, dos fios de núcleo sólido e dos conectores de pino fêmea.

Certifique-se de que seu Arduino Nano tenha cabeçalhos de pinos e prossiga para soldá-lo ao perfboard. Você vai querer colocá-lo o mais afastado possível da placa para deixar espaço para extensões de conexão, mas também vai querer deixar uma fileira de cada lado do Arduino para soldar os cabeçotes de pino fêmea. Certifique-se de que o conector USB esteja o mais próximo possível da borda da placa. Minha placa de 3 cm x 7 cm tem 10 orifícios por 24 orifícios. Isso me deixou com duas fileiras do lado esquerdo do Arduino, uma fileira do lado direito e cerca de nove buracos atrás do Arduino.

Em seguida, pegue duas fileiras de quinze cabeçotes de pinos fêmeas e solde-os ao lado do Arduino. Usei cabeçalhos de pinos femininos padrão, mas gostaria de ter usado cabeçalhos de empilhamento por este motivo:

Você precisará conectar os terminais dos conectores dos pinos aos terminais do Arduino. Se você usou os conectores de pino padrão, uma ponte de solda precisará ser feita para fazer a conexão, o que é um pouco tedioso e demorado. Se você usou os cabeçotes de piquetagem, pode dobrar os cabos para tocar os cabos do Arduino para tornar a tarefa de soldagem muito mais fácil

Seja qual for a maneira que você escolher para fazer isso, os cabeçalhos de pinos devem ser conectados aos cabeçalhos de pinos do Arduino.

Etapa 12: preparar a placa Perf: extensões de pino

Depois de ter o Arduino e os conectores de pinos soldados à placa, a próxima etapa é estender os pinos de 5v e de aterramento para acomodar todos os componentes elétricos.

Solde duas fileiras de cabeçalhos de 10 pinos na placa de desempenho na extremidade oposta do Arduino com uma fileira de espaço entre eles.

Pegue um pedaço de fio de núcleo sólido e passe-o do pino de 5 V no Arduino para uma fileira de conectores de pinos. Descasque o isolamento para que o fio fique exposto onde tocar os terminais nos conectores dos pinos. Solde o fio no lugar.

Faça a mesma coisa, exceto com o pino GND no Arduino e a outra linha de cabeçalhos de pinos.

Depois de fazer isso, o transmissor está pronto para ser montado.

Etapa 13: Montagem: conecte os joysticks à base

Para esta tarefa, você precisará de oito parafusos m4 e as porcas correspondentes, junto com algumas arruelas.

Coloque as porcas nos orifícios hexagonais na parte inferior da parte impressa em 3D mostrada acima.

Deslize uma arruela em cada parafuso.

Empurre quatro parafusos m4 nos quatro orifícios na placa de breakout do joystick.

Deslize a parte impressa em 3D do joystick deslocado para funcionar como um espaçador entre a placa de apoio e a montagem do joystick.

Deslize o joystick com os parafusos em seu lugar na base, segurando as porcas em seus slots enquanto você aperta os parafusos.

Repita esta etapa para o outro joystick.

Etapa 14: Montagem: Anexe os potenciômetros e o display OLED ao rack de potenciômetros

Deslize os potenciômetros em seus lugares no suporte do potenciômetro. Os potenciômetros que eu trouxe com porcas para apertá-los, e os usei aqui para mantê-los no lugar. Para apertar as porcas dentro da inserção, usei uma chave de fenda de cabeça chata.

Em seguida, alimente os fios do display OLED através do slot no lado esquerdo do rack do potenciômetro. Aperte a tampa sobre a tela com alguns parafusos m2. Pode ser necessário adicionar algumas arruelas para acomodar a saliência da tela.

Etapa 15: Montagem: Anexe o Rack do Potenciômetro à Base do Joystick

Pegue o rack do potenciômetro e prenda-o à base do joystick usando parafusos m2 de forma que os pinos do joystick fiquem voltados para fora do rack.

Etapa 16: Montagem: Anexe o Gabinete NRF24L01 ao Rack do Potenciômetro

A caixa NRF24L01 é composta por três partes. Pegue a primeira parte e alimente os fios do próprio módulo através da fenda na parte traseira. A extremidade frontal deve ficar no slot e as juntas de solda que se projetam da parte de trás da placa também devem estar em seus respectivos slots.

Pegue a tampa do gabinete e alinhe os orifícios de forma que o lado plano da tampa fique plano contra o gabinete. Deslize dois parafusos m2 pelos orifícios e encaixe este conjunto nos orifícios no rack do potenciômetro. Para concluir esta etapa, alinhe os orifícios na segunda tampa com os parafusos m2 de forma que a pequena saliência parabólica na frente da peça fique em torno do cilindro do módulo NRF24L01. Aperte com duas porcas.

Etapa 17: Montagem: Prenda as alças à base

Pegue as duas alças e prenda-as à base usando parafusos m2 como mostrado nas imagens acima.

Etapa 18: Montagem: prenda o estojo da bateria à base

Fixe a caixa da bateria ao suporte da bateria com parafusos escareados m3.

Fixe o suporte da bateria à base com parafusos m2 de forma que a caixa da bateria abra para baixo.

Etapa 19: montagem: prenda as chaves às alças

Para esta etapa, você precisará de todas as chaves de alternância. Comece com a chave seletora de três posições.

Remova o prendedor da chave e deslize a chave através do orifício hexagonal na alça direita. Não é crucial onde esse switch está localizado.

Pegue a chave seletora de duas posições com dois fios e empurre-a através de um orifício no lado esquerdo da alça, fixando-a da mesma forma que a chave anterior.

Escolha outro orifício na alça esquerda para conectar a chave seletora de duas posições finais, que deve ser a chave liga-desliga.

Etapa 20: Montagem: Anexe o Conjunto Perf Board à Base do Joystick

Use parafusos m2 e espaçadores m2 para prender o suporte do perfboard à base do joystick. Certifique-se de que o slot na montagem da perf board se encaixa no módulo NRF24L01. Mais uma vez, pode ser necessário adicionar algumas arruelas entre a montagem e a base para compensar a saliência da cabeça do parafuso (você também pode usar o offset impresso em 3D para isso). Certifique-se de que desliza primeiro os parafusos m2 mais longos através dos tubos do suporte, porque não será possível fazer isso depois que o suporte estiver instalado.

Etapa 21: Montagem: Anexe o Perf Board ao suporte do Perf Board

Use parafusos m2 para prender o suporte do perfboard ao perfboard de modo que o Arduino e os cabeçotes dos pinos fiquem voltados para longe do suporte. O comprimento dos fios pode direcionar a direção para a qual a porta USB do Arduino está apontando.

Etapa 22: conexões do Arduino

A escolha deste design de transmissor resulta em um lado inferior aparentemente desorganizado. Para fazer com que isso pareça uma tarefa menos exaustiva, concentrei-me em um tipo de conexão por vez. Por exemplo, comecei conectando todos os fios GND à linha estendida para GND na placa de desempenho. Aqui estão as conexões:

Alfinetes digitais:

D4 - Joystick1 Sw

D5 - Joystick2 Sw

D6 - Pino externo da chave seletora de 2 posições

D7 - Pino externo da chave seletora de 3 posições

D8 - Outro pino externo da chave seletora de 3 posições

D9 - Pino CE de NRF24L01

D10 - Pino CSN de NRF24L01

D11 - Pino MOSI de NRF24L01

D12 - Pino MISC de NRF24L01

D13 - Pino SCK de NRF24L01

* Observação: é quando a codificação por cores dos fios será útil. O gabinete NRF24L01 restringe sua visão dos nomes dos pinos. Quando você codifica os fios por cores, pode saber qual pino é qual sem muito esforço, tornando muito mais fácil conectar os fios ao Arduino.

Pinos analógicos:

A0 - Pino Central do Potenciômetro 1

A1 - Pino Central do Potenciômetro 2

A2 - pino VRX do joystick2

A3 - Joystick2 VRY Pin

A4 - Pino OLED SDA (DADOS)

A5 - Pino OLED SCL (RELÓGIO)

A6 - Joystick1 VRY Pin

A7 - pino VRX do joystick1

Regulador de tensão (AMS1117):

Conecte o pino de aterramento do módulo NRF24L01 ao pino de aterramento do regulador de tensão. Conecte o pino de 3,3 volts do NRF24L01 ao regulador de tensão.

Cabeçalhos do pino de extensão do pino de aterramento (conecte todos esses pinos aos cabeçotes do pino de aterramento):

• Pino central na chave seletora de 2 posições
• Pino central na chave seletora de 3 posições
• Pino GND do joystick 1
• Pin Joystick2 GND
• Potenciômetro 1 pino direito
• Pino direito do potenciômetro 2
• Pin OLED GND
• GND da caixa da bateria
• Pino GND no regulador de tensão

5v Pin Extension Pin Headers (Conecte todos esses pinos aos cabeçotes VCC pin):

• Pino Joystick1 5v
• Pino Joystick2 5v
• Potenciômetro 1 pino esquerdo
• Pino esquerdo do potenciômetro 2
• Pino OLED VCC
• Pino VCC no regulador de tensão

Outras conexões:

O último componente a ser conectado é o botão liga-desliga. Um cabo da chave deve ser conectado ao terminal positivo na caixa da bateria. O pino central será conectado ao pino VIN no Arduino.

Etapa 23: Código do transmissor

A etapa final desse controlador é o código. Farei uma pequena explicação para este código, mas se você quiser uma explicação mais aprofundada de exatamente como o módulo NRF24l01 funciona e é usado, visite este site:

Comunicação sem fio do Arduino - Tutorial NRF24L01

#incluir

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SCREEN_WIDTH 128 // Largura do display OLED, em pixels #define SCREEN_HEIGHT 32 // Altura do display OLED, em pixels Adafruit_SSD1306 Wire display (SCREEN_WIDTH, SCREEN_WIDTH, Arame e SCREEN_WIDTH1306, -1); Rádio RF24 (9, 10); endereço de byte const [6] = "00001"; dados internos [11]; const int onevrx = 7; // variável para VRX no joystick 1 const int onevry = 6; // variável para VRY no joystick 1 const int twovrx = 2; // variável para VRX no joystick 2 const int twovry = 3; // variável para VRY no joystick 2 const int pot0Pin = 0; // variável para o pote 1 const int pot1Pin = 1; // variável para o pote 2 const int ASwitch = 6; // variável para chave seletora de duas posições const int BSwitch1 = 8; // variável para a posição um de três interruptores de alternância de posição const int BSwitch2 = 7; // variável para a posição três da chave seletora de três posições const int CButton = 2; // variável para botão opcional 1 const int DButton = 3; // variável para botão opcional 2 int oneX; int oneY; int twoX; int twoY; int pot0; int pot1; void setup () {Serial.begin (9600); radio.begin (); radio.openWritingPipe (endereço); radio.setPALevel (RF24_PA_MIN); radio.stopListening (); pinMode (ASwitch, INPUT_PULLUP); // define APin para o modo de saída pinMode (BSwitch1, INPUT_PULLUP); // define BPin para o modo de saída pinMode (BSwitch2, INPUT_PULLUP); // define CPin para modo de saída pinMode (CButton, INPUT_PULLUP); // define DPin para o modo de saída pinMode (DButton, INPUT_PULLUP); display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); atraso (1000); display.clearDisplay (); display.setTextSize (.25); display.setTextColor (WHITE); display.setCursor (0, 0); display.print ("Ligar"); display.display (); atraso (10); } void loop () {oneX = analogRead (onevrx); oneY = analogRead (onevry); twoX = analogRead (twovrx); twoY = analogRead (twovry); pot0 = analogRead (pot0Pin); pot1 = analogRead (pot1Pin); dados [0] = oneX; dados [1] = umY; dados [2] = doisX; dados [3] = doisY; dados [4] = pot0; dados [5] = pot1; dados [6] = digitalRead (ASwitch); dados [7] = digitalRead (BSwitch1); dados [8] = digitalRead (BSwitch2); dados [9] = digitalRead (CButton); dados [10] = digitalRead (DButton); radio.write (& data, sizeof (data)); // envia dados para o receptor delay (100); display.clearDisplay (); display.setTextSize (.25); display.setTextColor (WHITE); display.setCursor (5, 5); display.println (dados [4]); display.print ("Recebendo energia"); // adicione qualquer informação adicional que você deseja exibir no OLED aqui display.display (); }

Etapa 24: Código do receptor

#incluir

#include #include RF24 radio (9, 10); // cns, ce // define o objeto para controlar NRF24L01 const byte address [6] = "00001"; // define o endereço de comunicação que deve corresponder aos dados internos do transmissor [11] = {512, 512, 512, 512, 512, 512, 0, 0, 0, 0, 0}; // define o array usado para salvar os dados de comunicação void setup () {radio.begin (); radio.openReadingPipe (0, endereço); radio.setPALevel (RF24_PA_MIN); radio.startListening (); // definir como receptor Serial.begin (9600); } void loop () {if (radio.available ()) {radio.read (& data, sizeof (data)); // imprimindo alguns pontos de dados do controlador para o monitor serial Serial.print (data [0]); Serial.print ("\ t / t"); Serial.print (dados [1]); Serial.print ("\ t / t"); Serial.print (dados [2]); Serial.print ("\ t / t"); Serial.print (dados [3]); Serial.println (""); } // Novamente, este é apenas o exemplo de código base para o módulo receptor.

Etapa 25: Conclusão

Você pode controlar virtualmente qualquer projeto Arduino com este controlador, e seu design permite ainda mais modificações. Você pode decidir que deseja dois potenciômetros adicionais em vez de um display OLED (se você quiser o arquivo STEP de um rack de 4 potenciômetros, posso enviar para você. Basta fazer um comentário com o pedido). Ou talvez você queira adicionar alguns botões ao design. Isso depende totalmente de você.

Se você tiver dúvidas, comentários ou preocupações, não hesite em perguntar.

Obrigado por reservar um tempo para ler essas 24 etapas. Espero que você tenha aprendido algo ou tenha algumas novas ideias sobre o que pode ser realizado com uma impressora 3D e um Arduino.

Vice-campeão do Arduino Contest 2020