Rover terrestre de quatro rodas RC: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Este é um "Monólito sobre rodas" (graças a Stanley Kubrick: D)

Era um dos meus sonhos construir um rover terrestre com controle remoto desde que comecei a mexer na eletrônica, porque as coisas sem fio sempre me fascinaram. Não tive tempo e dinheiro suficientes para construir um até o meu projeto de faculdade. Então, construí um veículo espacial de quatro rodas para meu projeto de último ano. Neste instrutível, explicarei como usei um gabinete de amplificador antigo para construir o rover do zero e como fazer o controlador de rádio.

Este é um veículo espacial de quatro rodas, com quatro motores de acionamento separados. O circuito do driver do motor é baseado em L298N, e o controle de RF é baseado no par HT12E e HT12D do semicondutor Holtek. Ele não usa Arduino ou qualquer outro microcontrolador. A versão que fiz usa um par de transmissor e receptor ASK de banda ISM de 433 MHz barato para operação sem fio. O rover é controlado por quatro botões e o método de condução usado é o diferencial. O controlador tem um alcance de cerca de 100 m em espaço aberto. Vamos começar a construir agora.

(Todas as imagens estão em alta resolução. Abra-as em uma nova guia para alta resolução.)

Etapa 1: Peças e ferramentas necessárias

• Rodas de 4 x 10 cm x 4 cm com orifícios de 6 mm (ou compatíveis com os motores que você possui)
• 4 x motoredutores de 12V, 300 ou 500 RPM com eixo de 6 mm
• 1 x caixa de metal de tamanho adequado (eu reutilizei uma caixa de metal velha)
• 4 x braçadeiras de motor em forma de L
• 2 x 6V 5Ah, baterias de chumbo-ácido
• 1 x bateria de 9V
• 1 x placa de driver de motor L298N ou IC nua
• 1 x transmissor 433 MHz
• Receptor 2 x 433 MHz (compatível)
• 4 x 12 mm botões de pressão
• 1 x DC Barrel Jack
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF capacitores eletrolíticos
• 7 x 100nF Capacitores de cerâmica
• 4 x 470R resistores
• 1 x resistor 51K (importante)
• 1 x resistor 680R
• 1 x 1M Resisitor (importante)
• 1 x 7805 ou LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 terminais de parafuso de 2 pinos
• 1 x SPDT Rocker Switch
• 1 x tinta preta fosca
• LEDs, fios, PCB comum, soquetes IC, interruptores, sondador, Dremel, lixa e outras ferramentas

Peças como motores, rodas, braçadeiras, etc. podem ser selecionadas de acordo com seus requisitos.

Etapa 2: esquema do driver do motor

O HT12D é um decodificador de 12 bits que é um decodificador serial de entrada-saída paralela. O pino de entrada do HT12D será conectado a um receptor que possui uma saída serial. Entre os 12 bits, 8 bits são bits de endereço e o HT12D decodificará a entrada apenas se os dados de entrada corresponderem ao seu endereço atual. Isso é útil se você deseja operar muitos dispositivos na mesma frequência. Você pode usar um interruptor DIP de 8 pinos para definir o valor do endereço. Mas eu os soldei diretamente ao GND que produz o endereço 00000000. O HT12D é operado aqui a 5 V e o valor Rosc é 51 KΩ. O valor do resistor é importante, pois alterá-lo pode causar problemas de decodificação.

A saída do receptor de 433 MHz é conectada à entrada do HT12D e as quatro saídas são conectadas ao driver de ponte H duplo L298 2A. O driver precisa de um dissipador de calor para dissipação de calor adequada, pois pode ficar muito quente.

Quando pressiono o botão Esquerdo no controle remoto, quero que M1 e M2 funcionem na direção oposta à de M3 e M4 e vice-versa para a operação correta. Para a operação Avançar, todos os motores terão que funcionar na mesma direção. Isso é chamado de acionamento diferencial e é o que é usado em tanques de batalha. Portanto, não precisamos apenas de um pino para controlar, mas quatro ao mesmo tempo. Isso não pode ser alcançado pelos botões SPST que eu tenho, a menos que você tenha alguns interruptores SPDT ou um joystick. Você entenderá isso observando a tabela lógica mostrada acima. A lógica necessária é alcançada na extremidade do transmissor na próxima etapa.

Toda a configuração é alimentada por duas baterias de chumbo-ácido 6V e 5Ah em configuração em série. Assim teremos bastante espaço para colocar as baterias dentro do chassi. Mas será melhor se você puder encontrar baterias Li-Po na faixa de 12V. Um conector de barril DC é usado para conectar as baterias de Pb-Acid ao carregador externo. 5 V para HT12D é gerado usando um regulador 7805.

Etapa 3: Construindo o driver do motor

Usei um perfboard para soldar todos os componentes. Primeiro coloque os componentes de forma que seja mais fácil soldá-los sem usar muitos jumpers. É uma questão de experiência. Assim que a colocação estiver satisfatória, solde as pernas e corte as peças em excesso. Agora é hora de rotear. Você pode ter usado o recurso de roteador automático em muitos softwares de design de PCB. Você é o roteador aqui. Use sua lógica para melhor roteamento com uso mínimo de jumpers.

Usei um soquete IC para o receptor RF em vez de soldá-lo diretamente, porque posso reutilizá-lo mais tarde. A placa inteira é modular para que eu possa desmontá-los facilmente se necessário mais tarde. Ser modular é uma das minhas tendências.

Etapa 4: Esquemático do controle remoto RF

Este é um controlador remoto RF de 4 canais para o rover. O controlador remoto é baseado em HT12E e HT12D, par codificador-decodificador da série 2 ^ 12 da Holtek semiconductor. A comunicação RF é possibilitada pelo par transmissor-receptor ASK 433MHz.

O HT12E é um codificador de 12 bits e basicamente um codificador de entrada serial de saída paralelo. Dos 12 bits, 8 bits são bits de endereço que podem ser utilizados para controlar vários receptores. Os pinos A0-A7 são os pinos de entrada de endereço. A frequência do oscilador deve ser de 3 KHz para operação de 5 V. Então, o valor de Rosc será 1,1 MΩ para 5V. Estamos processando bateria de 9V e, portanto, o valor Rosc é 1 MΩ. Consulte a folha de dados para determinar a frequência exata do oscilador e o resistor a serem usados para uma faixa de tensão específica. AD0-AD3 são as entradas de bits de controle. Essas entradas controlarão as saídas D0-D3 do decodificador HT12D. Você pode conectar a saída do HT12E a qualquer módulo transmissor que aceite dados seriais. Neste caso, conectamos a saída ao pino de entrada do transmissor de 433 MHz.

Temos quatro motores para controlar remotamente, dos quais cada dois são conectados paralelamente para acionamento diferencial, conforme visto no diagrama de blocos anterior. Eu queria controlar os motores para acionamento diferencial com quatro botões SPST que estão normalmente disponíveis. Mas há um problema. Não podemos controlar (ou habilitar) vários canais do codificador HT12E apenas com os botões SPST. É aqui que as portas lógicas entram em jogo. Um 4069 CMOS NOR e um 4077 NAND formam o driver lógico. Para cada pressionamento dos botões, a combinação lógica gera sinais necessários em vários pinos de entrada do codificador (esta foi uma solução intuitiva, ao invés de algo planejado por experimentação, como uma "lâmpada!"). As saídas dessas portas lógicas são conectadas às entradas do HT12E e enviadas serialmente pelo transmissor. Ao receber o sinal, o HT12D decodificará o sinal e puxará os pinos de saída de acordo, o que acionará o L298N e os motores.

Etapa 5: Construindo o Cotroller RF remoto

Usei duas peças de perfboard separadas para o controle remoto; um para os botões e outro para o circuito lógico. Todas as placas são totalmente modulares e, portanto, podem ser removidas sem qualquer dessoldagem. O pino da antena do módulo transmissor é conectado a uma antena telescópica externa recuperada de um rádio antigo. Mas você pode usar um único pedaço de arame para isso. O controle remoto usa bateria de 9V diretamente.

Tudo estava enfiado em uma pequena caixa de plástico que encontrei na caixa de lixo. Não é a melhor maneira de fazer um controle remoto, mas serve ao propósito.

Etapa 6: pintar o controle remoto

Tudo estava embalado dentro com os botões de pressão, interruptor DPDT, LED indicador de energia e a antena exposta. Furei alguns furos perto do transmissor, porque descobri que esquenta um pouco depois de uma operação prolongada. Portanto, os orifícios fornecerão algum fluxo de ar.

Foi um erro cortar o grande orifício retangular na parte superior em vez dos quatro pequenos. Eu posso estar pensando em outra coisa. Usei tinta prata metálica para acabamento.

Etapa 7: Construindo o Chassi

Usei um antigo gabinete de metal do amplificador como chassi do veículo espacial. Tinha orifícios por baixo e teve de alargar alguns deles com uma perfuradora, o que tornava fácil a fixação dos grampos do motor. Você tem que encontrar algo semelhante ou fazer um usando folha de metal. Os grampos angulares direitos do motor (ou grampos L) têm seis orifícios para parafusos cada. A configuração toda não era tão robusta já que a espessura da folha era pequena, mas o suficiente para suportar todo o peso das baterias e tudo. Os motores podem ser fixados às braçadeiras usando as porcas fornecidas com os motoredutores CC. O eixo do motor possui orifício roscado para fixação das rodas.

Usei motoredutores de 300 RPM DC com caixa de engrenagens de plástico. Os motores com caixa de engrenagens de plástico (as engrenagens ainda são de metal) são mais baratos do que os motores com engrenagem Johnson. Mas eles se desgastam mais rápido e não têm tanto torque. Eu sugiro que você use motoredutores Johnson com RPMs 500 ou 600. 300 RPM não é suficiente para uma boa velocidade.

Cada motor deve ser soldado com capacitores de cerâmica de 100 nF para reduzir as faíscas de contato dentro dos motores. Isso garantirá melhor vida útil dos motores.

Etapa 8: pintar o chassi

Pintar é fácil com latas de tinta spray. Usei preto fosco em todo o chassi. Você precisa limpar o corpo de metal com lixa e remover todas as camadas de tinta antigas para um melhor acabamento. Aplique duas camadas para longa vida.

Etapa 9: Teste e acabamento

Fiquei muito animado ao ver que tudo funcionou perfeitamente na primeira vez que testei. Acho que foi a primeira vez que algo assim aconteceu.

Usei uma caixa de tiffin para manter a placa do driver dentro. Como tudo é modular, a montagem é fácil. O fio da antena do receptor RF foi conectado a uma antena de fio de aço fora do chassi.

Tudo parecia ótimo quando montado, exatamente como eu esperava.

Etapa 10: Veja em ação

Acima foi quando usei o rover para carregar um módulo GPS + Acelerômetro para outro projeto. Na placa superior estão o GPS, acelerômetro, transceptor RF e um Arduino caseiro. Abaixo está a placa de controle do motor. Você pode ver como as baterias de Pb-Ácido foram colocadas lá. Há espaço suficiente para eles lá, apesar de ter a caixa de tiffin no meio.

Veja o rover em ação no vídeo. O vídeo está um pouco trêmulo quando o gravei com meu telefone.

Etapa 11: melhorias

Como sempre digo, sempre há espaço para melhorias. O que fiz é apenas um rover RC básico. Não é poderoso o suficiente para carregar pesos, evitar obstáculos e também não é rápido. O alcance do controlador de RF é limitado a cerca de 100 metros em espaço aberto. Você deve tentar resolver todas essas desvantagens ao construir um; não apenas o replique, a menos que você esteja limitado pela disponibilidade de peças e ferramentas. Aqui estão algumas das minhas sugestões de melhoria para você.

• Use motores de caixa de engrenagens de metal Johnson de 500 ou 600 RPM para melhor equilíbrio entre velocidade e torque. Eles são realmente poderosos e podem produzir até 12 Kg de torque a 12V. Mas você precisará de um driver de motor compatível e baterias para altas correntes.
• Use um microcontrolador para controle PWM do motor. Desta forma, você pode controlar a velocidade do rover. Será necessário um interruptor dedicado para o controle de velocidade na extremidade do controlador remoto.
• Use um par de transmissor e receptor de rádio melhor e potente para aumentar o alcance operacional.
• Um chassi forte provavelmente feito de alumínio, junto com amortecedores de mola.
• Uma plataforma robótica rotativa para conectar braços robóticos, câmeras e outras coisas. Pode ser feito usando um servo na parte superior do chassi.

Eu pretendo construir um rover de 6 rodas com todos os recursos mencionados acima e para ser usado como uma plataforma de rover de uso geral. Espero que você tenha gostado deste projeto e aprendido algo. Obrigado por ler:)