HackerBoxes 0013: Autosport: 12 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

AUTOSPORT: Este mês, os HackerBox Hackers estão explorando a eletrônica automotiva. Este Instructable contém informações para trabalhar com HackerBoxes # 0013. Se você gostaria de receber uma caixa como esta diretamente em sua caixa de correio a cada mês, agora é a hora de se inscrever no HackerBoxes.com e entrar na revolução!

Tópicos e objetivos de aprendizagem para este HackerBox:

• Adaptando o NodeMCU para Arduino
• Montagem de um kit para carro 2WD
• Fiação de um NodeMCU para controlar um kit veicular 2WD
• Controlando um NodeMCU sobre WiFi usando Blynk
• Usando sensores para navegação autônoma
• Trabalho com diagnóstico automotivo a bordo (OBD)

HackerBoxes é o serviço de caixa de assinatura mensal para eletrônicos DIY e tecnologia de computador. Somos amadores, criadores e experimentadores. Hack the Planet!

Etapa 1: HackerBoxes 0013: conteúdo da caixa

• HackerBoxes # 0013 Cartão de Referência Coletável
• 2WD Car Chassis Kit
• Módulo de processador NodeMCU WiFi
• Blindagem do motor para NodeMCU
• Bloco de jumpers para blindagem do motor
• Caixa de bateria (4 x AA)
• Sensor Ultrasonic Ranging HC-SR04
• Sensores de refletividade IR TCRT5000
• Pulôver feminino-feminino DuPont de 10 cm
• Dois Módulos de Laser Vermelho
• Diagnóstico integrado Mini-ELM327 (OBD)
• Decalque de corrida exclusivo da HackerBoxes

Algumas outras coisas que serão úteis:

• Quatro pilhas AA
• Fita de espuma de dupla face ou tiras de velcro
• cabo microUSB
• Smart Phone ou Tablet
• Computador com IDE Arduino

Mais importante ainda, você precisará de um senso de aventura, espírito faça-você-mesmo e curiosidade de hacker. Eletrônicos hardcore para amadores nem sempre são fáceis, mas quando você persiste e aproveita a aventura, uma grande satisfação pode ser derivada de perseverar e fazer seus projetos funcionarem. Dê cada passo devagar, preste atenção aos detalhes e não hesite em pedir ajuda.

Etapa 2: Eletrônica automotiva e carros autônomos

Eletrônica automotiva é qualquer sistema eletrônico usado em veículos rodoviários. Isso inclui carputers, telemática, sistemas de entretenimento automotivo e assim por diante. A eletrônica automotiva surgiu da necessidade de controlar os motores. Os primeiros eram usados para controlar as funções do motor e eram chamados de unidades de controle do motor (ECU). Conforme os controles eletrônicos começaram a ser usados para aplicações mais automotivas, a sigla ECU assumiu o significado mais geral de "unidade de controle eletrônico", e então ECUs específicas foram desenvolvidas. Agora, as ECUs são modulares. Dois tipos incluem módulos de controle do motor (ECM) ou módulos de controle da transmissão (TCM). Um carro moderno pode ter até 100 ECUs.

Carros controlados por rádio (carros R / C) são carros ou caminhões que podem ser controlados à distância usando um transmissor especializado ou remoto. O termo "R / C" tem sido usado para significar "controlado remotamente" e "controlado por rádio", mas o uso comum de "R / C" hoje geralmente se refere a veículos controlados por um link de radiofrequência.

Um carro autônomo (carro sem motorista, carro autônomo, carro robótico) é um veículo que é capaz de sentir seu ambiente e navegar sem intervenção humana. Carros autônomos podem detectar arredores usando uma variedade de técnicas, como radar, lidar, GPS, odometria e visão computacional. Sistemas de controle avançados interpretam informações sensoriais para identificar caminhos de navegação apropriados, bem como obstáculos e sinalização relevante. Carros autônomos possuem sistemas de controle que são capazes de analisar dados sensoriais para distinguir entre diferentes carros na estrada, o que é muito útil no planejamento de um caminho até o destino desejado.

Etapa 3: Arduino para NodeMCU

NodeMCU é uma plataforma de IoT de código aberto. Inclui firmware executado no ESP8266 Wi-Fi SoC da Espressif Systems e hardware baseado no módulo ESP-12.

O IDE Arduino agora pode ser facilmente estendido para suportar a programação de módulos NodeMCU como se fossem qualquer outra plataforma de desenvolvimento Arduino.

Para começar, certifique-se de ter o IDE Arduino instalado (www.arduino.cc), bem como os drivers para o chip Serial-USB apropriado no módulo NodeMCU que você está usando. Atualmente, a maioria dos módulos NodeMCU incluem o chip CH340 Serial-USB. O fabricante dos chips CH340 (WCH.cn) possui drivers disponíveis para todos os sistemas operacionais populares. Confira a página de tradução do Google para seu site.

Execute o IDE Ardino, vá em preferências e localize o campo para inserir "URLs adicionais do gerenciador de placa"

Cole neste URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Para instalar o Board Manager para ESP8266.

Após a instalação, feche o IDE e reinicie-o.

Agora conecte o módulo NodeMCU ao seu computador usando um cabo microUSB (usado pela maioria dos telefones celulares e tablets).

Selecione o tipo de placa dentro do Arduino IDE como NodeMCU 1.0

Sempre gostamos de carregar e testar a demonstração do blink em uma nova placa Arduino apenas para ter certeza de que tudo está funcionando corretamente. O NodeMCU não é exceção, mas você deve alterar o pino do LED do pino 13 para o pino 16 antes de compilar e fazer o upload. Certifique-se de que este teste rápido funcione corretamente antes de prosseguir para qualquer coisa mais complicada com o Arduino NodeMCU.

Aqui está um instrutível que aborda o processo de configuração do Arduino NodeMCU com alguns exemplos de aplicativos diferentes. Está um pouco fora do objetivo aqui, mas pode ser útil olhar para outro ponto de vista se você ficar preso.

Etapa 4: Kit de chassi de carro 2WD

Conteúdo do kit de chassi de carro 2WD:

• Chassi de alumínio (as cores variam)
• Dois motores FM90 DC
• Duas rodas com pneus de borracha
• Rodízio de roda livre
• Hardware de montagem
• Montando hardware

Os motores CC FM90 parecem micro servos porque são construídos na mesma caixa de plástico que micro servos comuns, como FS90, FS90R ou SG92R. No entanto, o FM90 não é um servo. O FM90 é um motor DC com um trem de engrenagens de plástico.

A velocidade do motor FM90 é controlada pela modulação da largura de pulso (PWM) dos cabos de alimentação. A direção é controlada trocando a polaridade da alimentação como em qualquer motor DC com escova. O FM90 pode funcionar com 4-6 Volts DC. Embora pequeno, ele consome corrente suficiente para não ser acionado diretamente de um pino do microcontrolador. Um driver de motor ou ponte H deve ser usado.

Especificações do Motor FM90 DC:

• Dimensões: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Contagem de spline: 21
• Peso: 8,4g
• Velocidade sem carga: 110 RPM (4,8 V) / 130 RPM (6 V)
• Corrente de operação (sem carga): 100mA (4,8v) / 120mA (6v)
• Pico de torque de parada (4,8v): 1,3 kg / cm / 18,09 onças / pol.
• Pico de torque de parada (6v): 1,5 kg / cm / 20,86 onças / pol.
• Corrente de parada: 550mA (4,8v) / 650mA (6v)

Etapa 5: Chassi do Carro: Montagem Mecânica

O chassi do carro pode ser facilmente montado de acordo com este diagrama.

Observe que existem dois pequenos sacos de hardware. Um inclui Hardware de montagem com seis espaçadores de latão 5mm-M3 junto com parafusos e porcas correspondentes. Esse hardware de montagem pode ser útil em etapas posteriores de montagem de controladores, sensores e outros itens no chassi.

Para esta etapa, usaremos o Hardware de montagem que inclui:

• Quatro parafusos M2x8 finos e pequenas porcas correspondentes para fixar os motores
• Quatro parafusos M3x10 mais grossos e porcas correspondentes maiores para fixar a roda de rodízio
• Dois parafusos PB2.0x8 com roscas grossas para fixação das rodas aos motores

Observe que os motores FM90 são orientados de forma que os cabos se estendam da parte traseira do chassi montado.

Etapa 6: chassi do carro: adicionar pacote de energia e controlador

A placa de blindagem do motor ESP-12E suporta a conexão direta do módulo NodeMCU. A blindagem do motor inclui um chip de driver de motor push-pull L293DD (folha de dados). Os fios do motor devem ser ligados aos terminais dos parafusos A + / A- e B + / B- na blindagem do motor (após a remoção dos conectores). Os cabos da bateria devem ser conectados aos terminais de parafuso de entrada da bateria.

Se uma das rodas girar na direção errada, os fios do motor correspondente podem ser trocados nos terminais de parafuso ou o bit de direção pode ser invertido no código (próxima etapa).

Há um botão de energia de plástico na blindagem do motor para ativar a alimentação de entrada da bateria. O bloco de jumpers pode ser usado para direcionar energia para o NodeMCU da blindagem do motor. Sem o bloco de jumpers instalado, o NodeMCU pode se alimentar a partir do cabo USB. Com o bloco de jumpers instalado (conforme mostrado), a energia da bateria fornece os motores e também é conduzida para o módulo NodeMCU.

A blindagem do motor e a bateria podem ser montadas no chassi alinhando os orifícios dos parafusos com as aberturas disponíveis no chassi de alumínio. No entanto, achamos mais fácil simplesmente afixá-los ao chassi usando fita adesiva de espuma de dupla face ou fitas adesivas de velcro.

Etapa 7: chassi do carro: programação e controle de Wi-Fi

Blynk é uma plataforma com aplicativos iOS e Android para controlar Arduino, Raspberry Pi e outros hardwares pela Internet. É um painel digital onde você pode construir uma interface gráfica para seu projeto simplesmente arrastando e soltando widgets. É muito simples configurar tudo e você começará a mexer imediatamente. Blynk o colocará online e pronto para a Internet das suas coisas.

O script HBcar.ino Arduino incluído aqui mostra como fazer a interface de quatro botões (avançar, retroceder, direita e esquerda) em um projeto Blynk para controlar os motores no chassi do carro 2WD.

Antes da compilação, três strings precisam ser alteradas no programa:

• SSID Wi-Fi (para o seu ponto de acesso Wi-Fi)
• Senha Wi-Fi (para o seu ponto de acesso Wi-Fi)
• Token de autorização Blynk (de seu projeto Blynk)

Observe a partir do código de exemplo que o chip L293DD na blindagem do motor está conectado da seguinte forma:

• GPIO pino 5 para velocidade do motor A
• GPIO pino 0 para direção do motor A
• GPIO pino 4 para velocidade do motor B
• GPIO pino 2 para direção do motor B

Etapa 8: Sensores para navegação autônoma: telêmetro ultrassônico

O telêmetro ultrassônico HC-SR04 (folha de dados) pode fornecer medições de cerca de 2 cm a 400 cm com uma precisão de até 3 mm. O módulo HC-SR04 inclui um transmissor ultrassônico, um receptor e um circuito de controle.

Depois de anexar quatro jumpers fêmea aos pinos do HC-SR04, enrolar um pouco de fita em torno dos conectores pode ajudar a isolar as conexões de curto-circuito ao chassi de alumínio e também fornecer uma massa flexível para prender no slot na frente do o chassi conforme mostrado.

Neste exemplo, os quatro pinos no HC-SR04 podem ser ligados à blindagem do motor:

• VCC (no HC-SR04) para VIN (na blindagem do motor)
• Gatilho (no HC-SR04) para D6 (na blindagem do motor)
• Echo (no HC-SR04) para D7 (na blindagem do motor)
• GND (no HC-SR04) para GND (na blindagem do motor)

O VIN fornecerá cerca de 6 VCC ao HC-SR04, que só precisa de 5 V. No entanto, isso parece funcionar bem. O outro barramento de alimentação disponível (3,3 V) às vezes é adequado para alimentar o módulo HC-SR04 (certamente experimente), mas às vezes não é tensão suficiente.

Assim que estiver conectado, experimente o código de exemplo NodeMCUping.ino para testar a operação do HC-SR04. A distância do sensor a qualquer objeto é impressa no monitor serial (placa 9600) em centímetros. Obtenha nossa régua e teste a precisão. Impressionante, não é?

Agora que você tem essa dica, tente algo assim para um veículo autônomo que evita colisões:

1. para a frente até uma distância <10cm
2. parar
3. inverta uma pequena distância (opcional)
4. virar um ângulo aleatório (tempo)
5. loop para a etapa 1

Para algumas informações gerais, aqui está um vídeo tutorial cheio de detalhes para usar o módulo HC-SR04.

Etapa 9: Sensores para navegação autônoma: refletividade infravermelha (IR)

O módulo IR Reflective Sensor utiliza um TCRT5000 (folha de dados) para detectar cor e distância. O módulo emite luz infravermelha e detecta se recebe um reflexo. Graças à sua capacidade de detectar se uma superfície é branca ou preta, este sensor é frequentemente usado em robôs de seguimento de linha e registro automático de dados em medidores utilitários.

A faixa de distância de medição é de 1 mm a 8 mm, e o ponto central é de cerca de 2,5 mm. Há também um potenciômetro integrado para ajustar a sensibilidade. O diodo IR emitirá luz IR continuamente quando o módulo estiver conectado à energia. Quando a luz infravermelha emitida não é refletida, o triodo ficará no estado desligado, fazendo com que a saída digital (D0) indique um LOW lógico.

Etapa 10: feixes de laser

Esses módulos de laser 5mW 5V comuns podem ser usados para adicionar feixes de laser vermelho a praticamente qualquer coisa que tenha 5V de energia disponível.

Observe que esses módulos podem ser facilmente danificados, portanto, o HackerBox # 0013 inclui alguns para fornecer um backup. Cuidado com seus módulos de laser!

Etapa 11: Diagnóstico automotivo a bordo (OBD)

Diagnóstico a bordo (OBD) é um termo automotivo que se refere ao autodiagnóstico e capacidade de relatório de um veículo. Os sistemas OBD fornecem ao proprietário do veículo ou ao técnico de reparo acesso ao status dos vários subsistemas do veículo. A quantidade de informações de diagnóstico disponíveis por meio do OBD tem variado amplamente desde sua introdução nas versões do início dos anos 1980 dos computadores de bordo dos veículos. As primeiras versões do OBD simplesmente acenderiam uma luz indicadora de mau funcionamento se um problema fosse detectado, mas não forneceriam nenhuma informação quanto à natureza do problema. Implementações modernas de OBD usam uma porta de comunicação digital padronizada para fornecer dados em tempo real, além de uma série padronizada de códigos de problemas de diagnóstico, ou DTCs, que permitem identificar e corrigir rapidamente os problemas de funcionamento do veículo.

OBD-II é uma melhoria tanto na capacidade quanto na padronização. O padrão OBD-II especifica o tipo de conector de diagnóstico e sua pinagem, os protocolos de sinalização elétrica disponíveis e o formato de mensagem. Ele também fornece uma lista de parâmetros do veículo para monitorar, juntamente com como codificar os dados de cada um. Há um pino no conector que fornece energia para a ferramenta de varredura da bateria do veículo, o que elimina a necessidade de conectar uma ferramenta de varredura a uma fonte de alimentação separadamente. Os códigos de diagnóstico de problemas OBD-II são de 4 dígitos, precedidos por uma letra: P para motor e transmissão (trem de força), B para carroceria, C para chassi e U para rede. Os fabricantes também podem adicionar parâmetros de dados personalizados à implementação específica do OBD-II, incluindo solicitações de dados em tempo real, bem como códigos de problemas.

O ELM327 é um microcontrolador programado para interface com a interface de diagnóstico a bordo (OBD) encontrada na maioria dos carros modernos. O protocolo de comando ELM327 é um dos padrões de interface PC-para-OBD mais populares e também é implementado por outros fornecedores. O ELM327 original é implementado no microcontrolador PIC18F2480 da Microchip Technology. O ELM327 abstrai o protocolo de baixo nível e apresenta uma interface simples que pode ser chamada via UART, normalmente por uma ferramenta de diagnóstico portátil ou um programa de computador conectado por USB, RS-232, Bluetooth ou Wi-Fi. A função de tal software pode incluir instrumentação suplementar do veículo, relatório de códigos de erro e limpeza de códigos de erro.

Embora o torque seja provavelmente o mais conhecido, há muitos aplicativos que podem ser usados com o ELM327.

Etapa 12: hackear o planeta

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