İleri Dönüştürülmüş RC Araba: 23 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

RC arabalar benim için her zaman bir heyecan kaynağı olmuştur. Hızlılar, eğlenceliler ve çarparsanız endişelenmenize gerek yok. Yine de, daha yaşlı, daha olgun bir RC meraklısı olarak, küçük, çocuk RC arabalarıyla oynarken görülemem. Büyük, yetişkin, insan boyunda olanlara ihtiyacım var. İşte burada bir problem ortaya çıkıyor: yetişkin RC arabaları pahalı. İnternette gezinirken bulabildiğim en ucuz 320 dolar, ortalama 800 dolar civarında. Bilgisayarım bu oyuncaklardan daha ucuz!

Bu oyuncaklara gücümün yetmediğini bilen içimdeki yapımcı, fiyatının 10'u kadar araba yapabileceğimi söyledi. Böylece çöpleri altına çevirme yolculuğuma başladım.

Gereçler

RC araba için gerekli parçalar aşağıdaki gibidir:

• Kullanılmış RC Araba
• L293D Motor Sürücüsü (DIP Formu)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radyo Modülü
• RC Drone Bataryası (veya başka bir yüksek akım bataryası)
• LM2596 Buck Dönüştürücüler (2)
• teller
• Perfboard
• Küçük, çeşitli bileşenler (başlık pimleri, vidalı terminaller, kapasitörler, vb.)

RC denetleyicisi için gerekli parçalar aşağıdaki gibidir:

• Kullanılmış kontrolör (2 analog joystick'e sahip olmalıdır)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radyo Modülü
• Elektrik telleri

Adım 1: Geri Dönüştürülmüş Hazine

Bu proje yaklaşık bir yıl önce arkadaşlarımla bir hackathon projesi (kodlama yarışması) için bilgisayarla çalışan bir araba yapmayı planladığımızda başladı. Planım bir ikinci el dükkânına gitmek, bulabildiğim en büyük RC arabayı almak, içini boşaltmak ve bir ESP32 ile değiştirmekti.

Zaman sıkıntısı içinde, Savers'a koştum, bir RC araba aldım ve kendimi hackathon'a hazırladım. Ne yazık ki, ihtiyaç duyduğum parçaların çoğu zamanında gelmedi, bu yüzden projeyi tamamen rafa kaldırmak zorunda kaldım.

O zamandan beri, RC araba yatağımın altında toz topluyor, şimdiye kadar…

Hızlı Genel Bakış:

Bu projede, Upcycled RC Car'ı oluşturmak için kullanılmış bir oyuncak arabayı ve bir IR kontrol cihazını yeniden kullanacağım. İçini boşaltacağım, Arduino Nano'ları yerleştireceğim ve ikisi arasında iletişim kurmak için NRF24L01+ radyo modülünü kullanacağım.

2. Adım: Teori

"Bir şeyin nasıl çalıştığını anlamak, onu nasıl çalıştıracağını bilmekten daha önemlidir."

- Kevin Yang 5/17/2020 (Bunu şimdi uydurdum)

Bununla birlikte, Upcycled RC Car'ın arkasındaki teori ve elektronik hakkında konuşmaya başlayalım.

Araba tarafında ise NRF24L01+, Arduino Nano, L293D motor sürücüsü, RC arabadaki motorlar ve iki buck çevirici kullanacağız. Bir dönüştürücü, motor için sürüş voltajını beslerken, diğeri Arduino Nano için 5V besleyecektir.

Kontrolör tarafında, bir NRF24L01+, bir Arduino Nano ve yeniden tasarlanmış kontrol cihazında analog joystickler kullanacağız.

Adım 3: NRF24L01+

Başlamadan önce, muhtemelen odadaki fili açıklamalıyım: NRF24L01+. İsmi henüz bilmiyorsanız, NRF24 Nordic Semiconductors tarafından üretilen bir çiptir. Düşük fiyatı, küçük boyutu ve iyi yazılmış belgeleri nedeniyle radyo iletişimi için yapımcı topluluğunda oldukça popülerdir.

Peki NRF modülü gerçekte nasıl çalışır? Yeni başlayanlar için, NRF24L01+ 2,4 GHz frekansında çalışır. Bu, Bluetooth ve Wifi'nin çalıştığı frekansla aynıdır (küçük farklılıklarla!). Çip, dört pinli bir iletişim protokolü olan SPI kullanarak bir Arduino arasında iletişim kurar. Güç için NRF24 3.3V kullanır ancak pinler de 5V toleranslıdır. Bu da bize 3.3V mantığı kullanan NRF24 ile 5V mantığı kullanan bir Arduino Nano kullanma imkanı veriyor. Diğer birkaç özellik aşağıdaki gibidir.

Önemli özellikler:

• 2.4 GHz Bant Genişliğinde çalışır
• Besleme Voltaj Aralığı: 1,6 - 3.6V
• 5V Toleranslı
• SPI İletişimini kullanır (MISO, MOSI, SCK)
• 5 pin alır (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Kesintileri Tetikleyebilir - IRQ (Bu projede çok önemli!)
• Uyku modu
• 900nA - 12mA tüketir
• İletim Menzili: ~100 metre (coğrafi konuma göre değişir)
• Maliyet: Modül başına 1,20 ABD doları (Amazon)

NRF24L01+ hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, sonundaki Ekstra Okumalar bölümüne bakın

Adım 4: L293D - Çift H-Köprü Motor Sürücüsü

Arduino Nano bir LED'e güç sağlamak için yeterli akım sağlasa da Nano'nun tek başına bir motora güç vermesi mümkün değildir. Bu nedenle motoru kontrol etmek için özel bir sürücü kullanmalıyız. Sürücü çipi, akımı sağlayabilmenin yanı sıra, Arduino'yu motorun açılıp kapanmasından kaynaklanan voltaj yükselmelerinden de koruyacaktır.

Dörtlü yarım H-köprü motor sürücüsü olan L293D'yi veya sıradan terimlerle iki motoru ileri ve geri çalıştırabilen bir çip yerleştirin.

L293D, hem motorun hızını hem de yönünü kontrol etmek için H-Köprülere güvenir. Diğer bir özellik, Arduino'nun motorlardan ayrı bir güç kaynağından çalışmasına izin veren güç kaynağı izolasyonudur.

Adım 5: Arabanın İçini Sökmek

Yeterince teori ve gerçekten inşa etmeye başlayalım!

RC araba bir kontrolörle gelmediği için (bir tasarruf mağazasından olduğunu hatırlayın), iç elektronikler temelde işe yaramaz. Böylece RC arabayı açtım ve kontrol kartını hurda kutuma attım.

Şimdi, başlamadan önce birkaç not almak önemlidir. Dikkat edilmesi gereken bir şey, RC arabasının besleme voltajıdır. Satın aldığım araba çok eski, Lityum bazlı piller ana akım haline gelmeden çok önce. Bu, bu RC arabanın, nominal voltajı 9,6 volt olan bir Ni-Mh pilden kapatıldığı anlamına gelir. Bu, motorları süreceğimiz voltaj olacağından önemlidir.

Adım 6: Araba Nasıl Çalışır?

Arabamın sizinkiyle aynı olmadığını %99 kesinlikle söyleyebilirim, yani bu bölüm aslında işe yaramaz. Ancak, tasarımımı bunun üzerine kuracağım için arabamın sahip olduğu birkaç özelliği belirtmek önemli.

direksiyon

Modern RC arabalarından farklı olarak, modifiye ettiğim araba dönmek için servo kullanmıyor. Bunun yerine arabam temel bir fırçalanmış motor ve yaylar kullanıyor. Bunun birçok dezavantajı var, çünkü özellikle ince dönüşler yapma yeteneğim yok. Bununla birlikte, acil bir fayda, çevirmek için herhangi bir karmaşık kontrol arayüzüne ihtiyacım olmamasıdır. Tek yapmam gereken motora belirli bir polarite ile enerji vermek (hangi yöne dönmek istediğime bağlı olarak).

Diferansiyel Aks

Şaşırtıcı bir şekilde, RC arabam ayrıca bir diferansiyel aks ve iki farklı vites modu içeriyor. Bu oldukça eğlenceli çünkü diferansiyeller genellikle küçük RC'lerde değil, gerçek hayattaki arabalarda bulunur. Bu araba bir ikinci el mağazasının raflarında yer almadan önce, yüksek kaliteli bir RC modeli olduğunu düşünürdüm.

Adım 7: Güç Sorunu

Özellikler ortadan kalktığında, şimdi bu yapının en önemli kısmından bahsetmek zorundayız: RC arabaya nasıl güç vereceğiz? Ve daha spesifik olmak gerekirse: Motorları sürmek için ne kadar akım gerekir?

Buna cevap vermek için, pilin 11V'sini motorların 9.6V'sine düşürdüğüm bir dönüştürücüye bir drone pili bağladım. Oradan multimetreyi 10A akım moduna alıp devreyi tamamladım. Sayacım, motorların serbest havayı döndürmek için 300 mA akıma ihtiyaç duyduğunu okudu.

Bu çok fazla gibi görünmese de, gerçekten önemsediğimiz ölçüm motorların durma akımıdır. Bunu ölçmek için, dönmelerini önlemek için ellerimi tekerleklerin üzerine koydum. Ölçüm cihazıma baktığımda, sağlam bir 1A gösteriyordu.

Tahrik motorlarının kabaca bir amper çekeceğini bilerek, durduğunda 500mA çeken direksiyon motorlarını test etmeye başladım. Bu bilgiyle, tüm sistemi bir RC drone pili ve iki adet LM2596 dönüştürücü* ile kapatabileceğim sonucuna vardım.

*Neden iki dolarlık kontrolörler? Her LM2596'nın maksimum 3A akımı vardır. Her şeyi tek bir dönüştürücüden kapatırsam, çok fazla akım çekecektim ve bu nedenle oldukça büyük voltaj yükselmelerine sahip olacaktım. Tasarım gereği, Arduino Nano kuvveti, büyük bir voltaj yükselmesi olduğunda durur. Bu nedenle yükü hafifletmek ve Nano'yu motorlardan izole etmek için iki dönüştürücü kullandım.

İhtiyacımız olan son önemli bileşen, bir Li-Po hücre voltaj test cihazıdır. Bunu yapmanın amacı, pilin ömrünün bozulmasını önlemek için pili aşırı deşarjdan korumaktır (lityum bazlı bir pilin hücre voltajını her zaman 3,5V'un üzerinde tutun!)

Adım 8: RC Araba Devresi

Güç sorunu ortadan kalktığında, şimdi devreyi oluşturabiliriz. Yukarıda RC araba için yaptığım şema.

Pil voltmetre bağlantısını dahil etmediğimi unutmayın. Voltmetreyi kullanmak için yapmanız gereken tek şey, denge konektörünü voltmetrenin ilgili pinlerine bağlamaktır. Bunu daha önce hiç yapmadıysanız, daha fazlasını öğrenmek için Ekstra Okumalar bölümünde bağlantısı verilen videoyu tıklayın.

Devre Üzerine Notlar

L293D üzerindeki etkinleştirme pinleri (1, 9) değişken hıza sahip olmak için bir PWM sinyali gerektirir. Bu, Arduino Nano'daki yalnızca birkaç pinin bunlara bağlanabileceği anlamına gelir. L293D'deki diğer pinler için her şey yolunda.

NRF24L01+, SPI üzerinden haberleştiği için, SPI pinlerini Arduino Nano üzerindeki SPI pinlerine bağlamalıyız (bu yüzden MOSI -> MOSI, MISO -> MISO ve SCK -> SCK'yi bağlayın). NRF24'ün IRQ pinini Arduino Nano'daki pin 2'ye bağladığımı da fark etmek önemlidir. Bunun nedeni, NR24'ün her mesaj aldığında IRQ pininin DÜŞÜK olmasıdır. Bunu bilerek, Nano'ya radyoyu okumasını söylemek için bir kesinti tetikleyebilirim. Bu, Nano'nun yeni verileri beklerken başka şeyler yapmasını sağlar.

Adım 9: PCB

Bunu modüler bir tasarım yapmak istediğim için, mükemmel kart ve çok sayıda başlık pimi kullanarak bir PCB oluşturdum.

Adım 10: Son Bağlantılar

PCB bittiğinde ve RC arabanın içi boşaltıldığında, her şeyin işe yarayıp yaramadığını test etmek için timsah telleri kullandım.

Tüm bağlantıların doğru olduğunu test ettikten sonra timsah tellerini gerçek kablolarla değiştirdim ve tüm bileşenleri şaseye bağladım.

Bu noktada, bu makalenin adım adım bir rehber olmadığını fark etmiş olabilirsiniz. Bunun nedeni, her adımı tek tek yazmanın imkansız olmasıdır, bunun yerine, sonraki birkaç Instructables adımı, arabayı yaparken öğrendiğim birkaç ipucunu paylaşmam olacak.

Adım 11: İpucu 1: Radyo Modülü Yerleştirme

RC arabanın menzilini arttırmak için NRF radyo modülünü olabildiğince uzağa yerleştirdim. Bunun nedeni, radyo dalgalarının PCB'ler ve teller gibi metallerden yansıması ve dolayısıyla aralığın azalmasıdır. Bunu çözmek için, modülü PCB'nin en yanına yerleştirdim ve dışarı çıkması için arabanın gövdesinde bir yarık açtım.

Adım 12: İpucu 2: Modüler Tutun

Yaptığım ve beni birkaç kez kurtaran başka bir şey de her şeyi başlık pinleri ve terminal blokları aracılığıyla bağlamak. Bu, bileşenlerden biri kızarırsa (herhangi bir nedenle…) parçaların kolayca değiştirilmesini sağlar.

Adım 13: İpucu 3: Isı Emicilerini Kullanın

RC arabamdaki motorlar L293D'nin sınırlarını zorluyor. Motor sürücüsü sürekli olarak 600 mA'ya kadar işleyebilirken, aynı zamanda çok sıcak ve hızlı olduğu anlamına gelir! Bu nedenle, L293D'nin kendi kendine pişmesini önlemek için biraz termal macun ve soğutucu eklemek iyi bir fikirdir. Ancak, ısı alıcılarla bile çip dokunulamayacak kadar ısınabilir. Bu nedenle 2-3 dakikalık oyundan sonra arabayı soğumaya bırakmak iyi bir fikirdir.

Adım 14: RC Kontrolör Zamanı

RC arabayı yaptıktan sonra kumandayı yapmaya başlayabiliriz.

RC araba gibi, ben de bir süre önce onunla bir şeyler yapabileceğimi düşünerek kontrol cihazını satın aldım. İronik olarak, denetleyici aslında bir IR'dir, bu nedenle cihazlar arasında iletişim kurmak için IR LED'leri kullanır.

Bu yapıdaki temel fikir, orijinal kartı denetleyicinin içinde tutmak ve Arduino ve NRF24L01+'ı onun etrafına inşa etmektir.

Adım 15: Analog Joystick Temelleri

Bir analog joystick'e bağlanmak, özellikle pinler için bir devre kartı olmadığı için göz korkutucu olabilir. Endişelenme! Tüm analog joystick'ler aynı kılavuz prensipte çalışır ve genellikle aynı pin çıkışına sahiptir.

Esasen analog joystickler, farklı yönlerde hareket ettirildiğinde direnci değiştiren sadece iki potansiyometredir. Örneğin joystick'i sağa hareket ettirdiğinizde x ekseni potansiyometresi değeri değiştirir. Artık joystick'i ileri doğru hareket ettirdiğinizde, y ekseni potansiyometresi değeri değiştirir.

Bunu akılda tutarak, analog joystick'in alt tarafına bakarsak, x ekseni potansiyometresi için 3 ve y ekseni potansiyometresi için 3 olmak üzere 6 pin görüyoruz. Yapmanız gereken tek şey dış pinlere 5V ve toprak bağlamak ve orta pini Arduino üzerinde bir analog girişe bağlamak.

Potansiyometre değerlerinin 512 değil 1024 ile eşleştirileceğini unutmayın! Bu, herhangi bir dijital çıkışı kontrol etmek için Arduino'daki yerleşik map() işlevini kullanmamız gerektiği anlamına gelir (L293D'yi kontrol etmek için kullandığımız PWM sinyali gibi). Bu kodda zaten var ama kendi programınızı yazmayı planlıyorsanız bunu aklınızda tutmalısınız.

Adım 16: Denetleyici Bağlantıları

NRF24 ve Nano arasındaki bağlantılar kontrolör için hala aynıdır ancak IRQ bağlantısı hariçtir.

Kontrolör devresi yukarıda gösterilmiştir.

Bir denetleyiciyi modlamak kesinlikle bir sanattır. Bu noktaya zaten sayısız kez değindim, ancak bunun nasıl yapıldığını adım adım yazmak mümkün değil. Böylece daha önce yaptığım gibi, controller'ımı yaparken öğrendiklerime dair birkaç ipucu vereceğim.

Adım 17: İpucu 1: Parçaları Elinizin Altında Kullanın

Denetleyicide alan gerçekten dar, bu nedenle, araba için başka girişler eklemek istiyorsanız, zaten orada bulunan anahtarları ve düğmeleri kullanın. Kontrol cihazım için Nano'ya bir potansiyometre ve 3 yollu bir anahtar da bağladım.

Akılda tutulması gereken başka bir şey, bunun denetleyiciniz olduğunu. Pinout'lar zevkinize uymuyorsa, onları her zaman yeniden düzenleyebilirsiniz!

Adım 18: İpucu 2: Gereksiz İzleri Kaldırın

Orijinal kartı kullandığımız için analog joysticklere ve kullandığınız diğer sensörlere giden tüm izleri sıyırmalısınız. Bunu yaparak, herhangi bir beklenmeyen sensör davranışının meydana gelme olasılığını önlersiniz.

Bu kesimleri yapmak için sadece bir kutu kesici kullandım ve izleri gerçekten ayırmak için PCB'yi birkaç kez puanladım.

Adım 19: İpucu 3: Kabloları Olabildiğince Kısa Tutun

Bu ipucu özellikle Arduino ve NRF24 modülü arasındaki SPI hatlarından bahsediyor, ancak bu diğer bağlantılar için de geçerli. NRF24L01+ parazite karşı son derece hassastır, bu nedenle kablolar tarafından herhangi bir gürültü alınırsa verileri bozar. Bu, SPI iletişiminin ana dezavantajlarından biridir. Aynı şekilde, kabloları olabildiğince kısa tutarak tüm kontrol cihazını daha temiz ve düzenli hale getirebilirsiniz.

Adım 20: İpucu 4: Yerleştirme! Atama! Atama

Bu, kabloları mümkün olduğunca kısa tutmanın yanı sıra, parçalar arasındaki mesafeyi de mümkün olduğunca kısa tutmak anlamına gelir.

NRF24 ve Arduino'yu monte etmek için yer ararken, bunları birbirine ve joysticklere mümkün olduğunca yakın tutmayı unutmayın.

Akılda tutulması gereken başka bir şey de NRF24 modülünü nereye koyacağınızdır. Daha önce de belirtildiği gibi, radyo dalgaları metalden geçemez, bu nedenle modülü denetleyicinin yanına yakın monte etmelisiniz. Bunu yapmak için, NRF24'ün yandan dışarı çıkmasına izin vermek için bir Dremel ile küçük bir yarık kestim.

Adım 21: Kod

Muhtemelen bu yapının en önemli kısmı gerçek koddur. Yorumları ve her şeyi ekledim, bu yüzden her programı satır satır açıklamayacağım.

Bununla birlikte, belirtmek istediğim birkaç önemli şey, programları çalıştırmak için NRF24 kitaplığını indirmeniz gerekeceğidir. Eğer kütüphaneler kurulu değilse, nasıl yapılacağını öğrenmek için Ekstra Okumalar bölümünde bağlantılı eğitimlere göz atmanızı öneririm. Ayrıca, L293D'ye sinyal gönderirken yön pinlerini asla her ikisini birden açmayınız. Bu, motor sürücüsünü kısa devre yapacak ve yanmasına neden olacaktır.

Github-

Adım 22: Nihai Ürün

Sonunda, bir yıllık toz toplama ve 3 haftalık el emeğinin ardından, Upcycled RC Car'ı yapmayı bitirdim. İtiraf etmeliyim ki, hiçbir yerde tanıtımda görülen arabalar kadar güçlü değil, düşündüğümden çok daha iyi çıktı. Araba, gücü bitmeden 40 dakika kadar sürebilir ve kontrolörden 150 metreye kadar uzaklaşabilir.

Arabayı geliştirmek için kesinlikle yapacağım birkaç şey, L293D'yi daha büyük, daha güçlü bir motor sürücüsü olan L298 ile değiştirmek. Yapacağım başka bir şey, güçlendirilmiş anten versiyonu için varsayılan NRF radyo modülünü değiştirmek. Bu modifikasyonlar sırasıyla aracın torkunu ve menzilini artıracaktır.

Adım 23: Ekstra Okumalar:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductor Veri Sayfası
• SPI İletişimi (Makale)
• Temel Kurulum (Video)
• Derinlemesine Eğitim (Makale)
• Gelişmiş İpuçları ve Püf Noktaları (Video Serisi)

L293D

• Texas Instruments Veri Sayfası
• Derinlemesine Eğitim (Makale)