Twój własny inteligentny samochód i nie tylko HyperDuino+R V3.5R z Funduino/Arduino: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Jest to bezpośrednia kopia tego zestawu instrukcji TUTAJ. Więcej informacji znajdziesz na HyperDuino.com.

Dzięki HyperDuino+R v4.0R możesz rozpocząć ścieżkę eksploracji w wielu różnych kierunkach, od sterowania silnikami po eksplorację elektroniki, od programowania (kodowania) po zrozumienie, w jaki sposób świat fizyczny i cyfrowy mogą współdziałać. Dzięki wszystkim nowym, których się uczysz, twoje własne możliwości inwencji, innowacji i dalszych odkryć są dziesięciokrotnie większe.

Ten konkretny samouczek ma na celu przekształcenie kartonowego pudełka wraz z kilkoma kołami i silnikami w „inteligentny samochód”. Często nazywa się to robotyką, ale warto zastanowić się nad tym, co odróżnia automat (automat), inteligentne samochody i „robot” (patrz też pochodzenie słowa „robot”). Na przykład, czy ten „upadający robot” naprawdę jest „robotem”, czy po prostu automatem?

Mogłoby się wydawać, że słowa są nieistotne, jednak dla naszych celów różnice uważamy za takie, że automat to coś, co nie zmienia swojego zachowania na podstawie zewnętrznych danych wejściowych. Powtarza w kółko ten sam przebieg zaprogramowanych działań. Robot to coś, co wykonuje różne działania w odpowiedzi na różne dane wejściowe. W formie zaawansowanej poziomy wielu danych wejściowych mogą skutkować różnymi działaniami. Oznacza to, że nie tylko jedno wyjście na dane wejściowe, ale różne działania oparte na zaprogramowanej analizie wielu danych wejściowych.

„Inteligentny samochód” eksploruje tę gamę. W najprostszej formie inteligentny samochód jest zaprogramowany do poruszania się po określonej ścieżce. Wyzwaniem w tym przypadku może być przejechanie autem przez gotowy „labirynt”. Jednak w tym momencie powodzenie misji jest całkowicie determinowane przez zaprogramowany zestaw działań, na przykład naprzód 10, w prawo, w przód 5, w lewo itd.

Na następnym poziomie sygnał wejściowy, taki jak z czujnika zasięgu, może skłonić samochód do zatrzymania się, zanim dotknie przeszkody, i wykonać skręt, aby obrać nowy kierunek. Byłby to przykład jednego wejścia, jednego działania. Oznacza to, że to samo wejście (przeszkoda) zawsze daje to samo wyjście (odwrócenie się od przeszkody).

Na bardziej zaawansowanym poziomie program może monitorować wiele danych wejściowych, takich jak poziom naładowania baterii wraz z podążaniem za ścieżką i/lub unikaniem przeszkód, i łączyć je wszystkie w optymalne następne działanie.

W pierwszym przypadku program to tylko sekwencja ruchów. W przykładach 2 i 3 program zawiera strukturę „jeżeli-to”, która pozwala na wykonywanie różnych części programu w odpowiedzi na sygnały wejściowe z czujników.

Krok 1: Materiały

Pudełko HyperDuino lub podobne

HyperDuino+R v3.5R + Funduino/Arduino

Przezroczysta folia samoprzylepna (OL175WJ) z nadrukowanym wzorem. (lub skorzystaj z tego przewodnika tylko dla silników i kółek, które można wydrukować na papierze)

Pudełko na 4 baterie AA plus 4 baterie AA

2 motoreduktory redukcyjne

2 koła

1 rolka kółka kulkowego

4 wkręty maszynowe #4 x 40 1 ½” z podkładką i nakrętką #4s

2 śruby maszynowe #4 x 40 ⅜” z podkładką i nakrętką #4s

1 śrubokręt krzyżakowy/płaski

1 HC SR-04 Ultradźwiękowy czujnik zasięgu

1 serwo 9g

1 opakowanie na baterie 4xAA;

4 baterie AA

1 bateria 9v

1 pilot na podczerwień i odbiornik podczerwieni

1 moduł odbiornika Bluetooth 4.0 BLE SH-HC-08;

Czujnik ultradźwiękowy 1HC-SR04

2 3-żyłowe kable połączeniowe.

2 4-żyłowe kable połączeniowe zgodne z Grove.

1 złącze Grove do kabla gniazd

1 pusta biała etykieta samoprzylepna

1 śrubokręt HyperDuino (lub podobny)

Krok 2: Budowa inteligentnego samochodu

(Wszystkie zdjęcia podane powyżej)

Przygotuj pudełko

Chociaż zestaw HyperDuino Robotics mógł zawierać plastikową podstawę zwaną „podwoziem” (wymawiane „podwozie”), uważamy, że o wiele bardziej satysfakcjonujące jest zbliżenie się do konstrukcji inteligentnego samochodu „od zera”. Z tego powodu zaczniemy od ponownego użycia kartonowego pudełka samego zestawu HyperDuino Robotics.

W pudełku HyperDuino+R znajdziesz samoprzylepny kawałek białego papieru i samoprzylepny kawałek przezroczystego materiału z konturami pokazującymi pozycje HyperDuino, pojemnik na baterie i silniki.

Istnieją również kółka wskazujące, gdzie umieścić kółka na rzepy z klejem.

1. Usuń samoprzylepną warstwę spodnią z białej etykiety papierowej i umieść ją na etykiecie HyperDuino na górze pudełka. Uwaga: ten samoprzylepny wzór jest dostarczany jako przewodnik po układzie dla konkretnego pudełka, kartonu MakerBit. Po wykorzystaniu tego pudełka lub jeśli chcesz użyć innego pudełka, możesz użyć tego pliku wzoru pdf przeznaczonego do drukowania na papierze, a następnie wyciąć prowadnice silnika (górna i dolna = lewa i prawa) i jedną prowadnic kółek samonastawnych. Możesz przykleić papier na miejscu podczas wykonywania otworów, a po ich wykonaniu usuń wzór papieru.

2. Rozłóż pudełko HyperDuino+R tak, aby mogło leżeć płasko. To chyba najtrudniejsza część projektu. Musisz nacisnąć i podnieść zakładki po obu stronach pudełka z gniazd na spodzie pudełka. Może się okazać, że użycie śrubokręta HyperDuino do pchnięcia od wewnętrznej strony klapki na zewnątrz pomoże je uwolnić.

3. Zdejmij połowę samoprzylepnego podkładu z przezroczystego materiału po lewej stronie (jeśli logo HyperDuino jest „do góry”) i umieść go w pudełku HyperDuino tak, aby połowiczne obrysy szczelin pasowały do wycięć na skrzynka. Postaraj się wyrównać dwie poziome linie z zagięciami dolnej części pudełka HyperDuino+R.

4. Po umieszczeniu lewej strony przezroczystej folii usuń papierowy podkład z prawej połowy i zakończ mocowanie wzoru.

5. Użyj końcówki krzyżakowej śrubokręta HyperDuino dołączonego do zestawu, aby wykonać małe otwory na wkręty maszynowe, które utrzymają silniki na miejscu. Na każdy silnik są dwa otwory plus otwór na oś silnika.

6. Kontynuuj i wykonaj jeszcze dwa otwory na kulkę.

7. W przypadku osi silników użyj niebieskiego plastikowego narzędzia do wycinania otworów z zestawu HyperDuino, aby wykonać pierwszy mały otwór, który wyrówna się z osiami silników. Następnie użyj plastikowego długopisu lub podobnego, aby powiększyć otwór do około ¼ cala średnicy.

8. Załóż podkładkę na każdy z długich (1 ½”) wkrętów maszynowych i przełóż przez otwory na silniki od zewnątrz pudełka. (Wymaga to trochę mocnego nacisku, ale śruby powinny dobrze pasować do otworów.)

9. Zamontuj silnik z 2 małymi otworami pasującymi do śrub maszynowych na śruby i zabezpiecz go nakrętkami. Śrubokręt HyperDuino będzie pomocny w dokręcaniu śrubek, ale nie dokręcaj zbyt mocno, aby kartonik się zgniótł.

10. Powtórz dla drugiego silnika.

11. Znajdź kółka na rzepy. Połącz haczyki i pętelki (rozmyte) razem z podkładem nadal przymocowanym. Następnie usuń podkład z okręgu pętli (rozmytego) i dołącz każde kółko, w którym widzisz 3 kontury dla płyty HyperDuino i pojemnika na baterie. Po umieszczeniu usuń podkład z koła haka.

12. Teraz ostrożnie umieść HyperDuino z piankowym podkładem i pojemnikiem na baterie (zamkniętym przełącznikiem skierowanym do góry) na kółkach z rzepami. Dociśnij je z taką siłą, aby przykleiły się do samoprzylepnych spodów kółek.

13. Możesz teraz podłączyć przewody akumulatora i silnika. Jeśli przyjrzysz się bardzo uważnie, zobaczysz etykiety obok każdego z 8 zacisków silnika, oznaczone A01, A02, B01 i B02. Podłącz czarny przewód górnego silnika („B”) do B02, a czerwony przewód do B01. W przypadku dolnego silnika („A”) podłącz czerwony przewód dolnego silnika („A”) do A02, a czarny przewód do A01. Aby nawiązać połączenie, delikatnie włóż przewód do otworu, aż poczujesz, że się zatrzyma, a następnie podnieś pomarańczową dźwignię i przytrzymaj ją, jednocześnie wpychając przewód o kolejne 2 mm lub więcej do otworu. Następnie zwolnij dźwignię. Jeśli drut jest odpowiednio zabezpieczony, nie wyjdzie po delikatnym szarpnięciu.

14. W przypadku przewodów akumulatora podłącz czerwony przewód do Vm złącza zasilania silnika, a czarny przewód do Gnd. Małe silniki mogą być zasilane z baterii Arduino 9v, ale dodatkowa bateria, taka jak cztery baterie AA, może być używana do zasilania silników i jest podłączana za pomocą 2 zacisków w lewym górnym rogu płyty HyperDuino+R. Wybór należy do Ciebie dla konkretnej aplikacji i jest konfigurowany poprzez przesunięcie „zworki” w jedną lub drugą pozycję. Domyślna pozycja znajduje się po prawej stronie, aby zasilać silniki z akumulatora 9V. W przypadku tych czynności, w których dodałeś cztery obudowy baterii AA, będziesz chciał przesunąć zworkę w „lewą” pozycję.

15. Na koniec złóż pudełko razem, jak pokazano na jednym z ostatnich pozostałych zdjęć.

16. Teraz jest dobry moment, aby włożyć dwie śruby maszynowe ⅜” z podkładkami z wnętrza pudełka przez otwory i przymocować zespół kulki z podkładkami.

17. Teraz przymocuj koła, po prostu wciskając je na osie. Zwróć uwagę na koła na osiach silnika, aby koła były prostopadłe do osi i nie były pochylone bardziej niż można tego uniknąć. Dobrze ustawione koła sprawią, że samochód będzie jechał prosto do przodu.

18. Ostatnią rzeczą do zrobienia na razie jest zrobienie otworu na kabel USB. W ładny sposób nie jest to takie łatwe, ale przy odrobinie determinacji będziesz w stanie wykonać zadanie. Spójrz na złącze USB na płycie HyperDuino i zaznaczone pudełko oznaczone „kabel USB”. Podążaj za tym wizualnie z boku pudełka i użyj końcówki śrubokręta Phillips HyperDuino, aby zrobić otwór około 1” nad dnem pudełka i najlepiej wyrównany do środka ścieżki kabla USB, jak to tylko możliwe. Jeśli to nie jest wyśrodkowane, będzie trochę trudniej później podłączyć kabel USB przez otwór. Po rozpoczęciu otworu śrubokrętem, powiększ go dalej za pomocą niebieskiego narzędzia do robienia otworów, a następnie plastikowego korpusu długopisu, i wreszcie przejdź do Sharpie lub innego narzędzia o największej średnicy, jakie możesz znaleźć. Jeśli masz nóż Xacto, najlepiej będzie, ale mogą nie być dostępne w klasie.

19. Sprawdź rozmiar otworu za pomocą kwadratowej końcówki kabla USB HyperDuino. Dziura nie będzie zbyt ładna, ale musisz ją powiększyć na tyle, aby kwadratowe złącze mogło przez nią przejść. Uwaga: Po wykonaniu dziury płyn korekcyjny („Wybielanie”) jest jednym ze sposobów zamalowania ciemniejszej tektury odsłoniętej podczas robienia dziury.

20. Aby zamknąć pokrywę pudełka, musisz wykonać 2 cięcia nożyczkami w miejscu, w którym klapka wpadałaby do silnika, i albo lekko odchylić powstałą klapkę do tyłu, albo całkowicie ją odciąć.

Krok 3: Kodowanie prostego programu do biegania po labiryncie

Pierwszym wyzwaniem programistycznym będzie stworzenie programu, który będzie w stanie „poprowadzić” samochód po wzorcu.

Aby to zrobić, będziesz musiał nauczyć się używać języka programowania blokowego iForge do tworzenia funkcji, które będą jednocześnie sterować silnikami, aby poruszać się do przodu i do tyłu, a także wykonywać skręty w lewo i w prawo. Odległość pokonywana przez samochód na każdym etapie podróży zależy od tego, jak długo pracują silniki i z jaką prędkością, więc dowiesz się, jak je kontrolować.

W trosce o wydajność w tym samouczku, przekierujemy Cię teraz do dokumentu „Kodowanie za pomocą HyperDuino i iForge”.

To pokaże Ci, jak zainstalować rozszerzenie iForge dla Chrome, utworzyć konto i zbudować programy blokowe, które kontrolują piny w HyperDuino.

Po zakończeniu wróć tutaj i kontynuuj ten samouczek i naucz się sterować silnikami za pomocą HyperDuino.

Krok 4: Podstawowe sterowanie silnikiem

W górnej części płyty HyperDuino „R” znajdują się łatwe do podłączenia zaciski, które umożliwiają włożenie gołego przewodu z silnika lub akumulatora. Dzięki temu nie są wymagane żadne specjalne złącza i istnieje większe prawdopodobieństwo, że będziesz w stanie podłączyć akumulatory i silniki „po wyjęciu z pudełka”.

Ważna uwaga: Nazwy „A01” i „A02” dla złączy silnika NIE oznaczają, że styki analogowe A01 i A02 je kontrolują. Litery „A” i „B” służą wyłącznie do oznaczania silników „A” i „B”. Cyfrowe piny we/wy od 3 do 9 służą do sterowania dowolnymi silnikami podłączonymi do zacisków płyty HyperDuino+R.

Należy wybrać akumulator o mocy (w miliamperogodzinach) i napięciu odpowiednim do używanych silników. 4 lub 6 baterii AA w pudełku takim jak to są typowe:

Przykład z Amazon: Uchwyt na 6 baterii AA ze złączem 2,1 mm x 5,5 mm Wyjście 9 V (Zdjęcie 2)

Ważne jest, aby prawidłowo podłączyć biegunowość (dodatnia i ujemna) do Vm (dodatnia) i Gnd („masa” = ujemna). Jeśli podłączysz dodatni przewód źródła zasilania do ujemnego (Gnd) wejścia zewnętrznego złącza zasilania, pojawi się dioda zabezpieczająca, która blokuje zwarcie, a jednocześnie silniki nie będą zasilane.

Sterownik silnika może sterować:

Cztery jednokierunkowe silniki prądu stałego podłączone do A01/Gnd, A02/Gnd, B01/Gnd, B02/Gnd

Uwaga: tylko jeden silnik „A” i jeden silnik „B” może być włączony w tym samym czasie. Nie jest możliwe jednoczesne włączenie wszystkich czterech silników jednokierunkowych.

Pin 8: wysoki, Pin 9: niski = Silnik A01 „włączony”

Pin 8: niski, Pin 9: wysoki = Silnik A02 „włączony”

(Pin 8, 9: niski = oba silniki B wyłączone)

Pin 12: niski, Pin 13: wysoki = Silnik B01 „włączony”

Pin 12: wysoki, Pin 13: niski = Silnik B02 „włączony”

(Pin 12, 13: niski = oba silniki B wyłączone)

Dwa dwukierunkowe silniki prądu stałego podłączone do A01/A02 i B01/B02

Pin 8 = wysoki, pin 9 = niski = Silnik A „do przodu*”

Pin 8 = niski, pin 9 = wysoki = Silnik A „wsteczny*”

(Styk 8 = niski, styk 9 = niski = silnik A „wyłączony”)

Pin 12 = wysoki, pin 13 = niski = Silnik B „do przodu*”

Pin 12 = niski, pin 13 = wysoki = Silnik B „wsteczny*”

(Styk 12 = niski, styk 13 = niski = silnik B „wyłączony”)

(*zależnie od biegunowości okablowania silnika i orientacji silnika, koła i samochodu robota.)

Jeden silnik krokowy podłączony do A01/A02/B01/B02 i Gnd

Ograniczenia napięcia i prądu sterownika silnika HyperDuino wynoszą 15 V i 1,2 A (średnia)/3,2 A (szczyt) w oparciu o układ scalony sterownika silnika Toshiba TB6612FNG.

Silnik „A”: Podłącz do A01 i A02

(Spójrz na ostatnie dwa zdjęcia do demonstracji)

Prędkość silnika

Prędkość silników A i B sterowana jest odpowiednio pinami 10 i 11:

Prędkość silnika A: pin 10 = PWM 0-255 (lub ustaw pin 10 = WYSOKA)

Prędkość silnika B: pin 11 = PWM 0-255 (lub ustaw pin 11 = WYSOKA)

W trybie jednokierunkowym (cztery silniki) kontrola prędkości pinu 10 działa dla obu silników „A”, a pin 11 dla obu silników „B”. Nie jest możliwe niezależne sterowanie prędkością wszystkich czterech silników.

Silniki o małej mocy (mniej niż 400mA)

Sterownik silnika może korzystać z zewnętrznego źródła akumulatora do 15 V i 1,5 ampera (chwilowo 2,5 ampera). Jeśli jednak używasz silnika, który może działać na 5-9v i zużywa mniej niż 400mA, możesz użyć czarnej zworki obok złączy zasilania silnika i przesunąć ją do pozycji „Vin”. Pozycja alternatywna „+VM” służy do zasilania zewnętrznego.

Aktywność inteligentnego samochodu

Po złożeniu inteligentnego samochodu możesz teraz przejść do Aktywności Smart Car, gdzie dowiesz się, jak zaprogramować swój samochód.