HackerBoxes 0013: Autosport: 12 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

AUTOSPORT: W tym miesiącu HackerBox Hakerzy badają elektronikę samochodową. Ta instrukcja zawiera informacje dotyczące pracy z HackerBoxes #0013. Jeśli chciałbyś otrzymywać takie pudełko co miesiąc na swoją skrzynkę pocztową, teraz nadszedł czas, aby zasubskrybować na HackerBoxes.com i przyłączyć się do rewolucji!

Tematy i cele szkoleniowe dla tego HackerBox:

• Dostosowanie NodeMCU do Arduino
• Montaż zestawu samochodowego 2WD
• Okablowanie NodeMCU do sterowania zestawem samochodowym 2WD
• Kontrolowanie NodeMCU przez Wi-Fi za pomocą Blynk
• Korzystanie z czujników do autonomicznej nawigacji
• Praca z pokładową diagnostyką samochodową (OBD)

HackerBoxes to miesięczna usługa subskrypcji dla elektroniki DIY i technologii komputerowej. Jesteśmy hobbystami, twórcami i eksperymentatorami. Zhakuj planetę!

Krok 1: HackerBoxes 0013: Zawartość pudełka

• HackerBoxes #0013 Karta referencyjna kolekcjonerska
• Zestaw podwozia samochodu 2WD
• Moduł procesora Wi-Fi NodeMCU
• Osłona silnika dla NodeMCU
• Blok zworek do osłony silnika
• Pojemnik na baterie (4 x AA)
• HC-SR04 Ultradźwiękowy czujnik zasięgu
• Czujniki odbicia IR TCRT5000
• DuPont swetry damsko-damskie 10cm
• Dwa czerwone moduły laserowe
• Diagnostyka pokładowa Mini-ELM327 (OBD)
• Ekskluzywna naklejka wyścigowa HackerBoxes

Kilka innych rzeczy, które będą pomocne:

• Cztery baterie AA
• Dwustronna taśma piankowa lub paski na rzepy
• Kabel microUSB
• Smartfon lub tablet
• Komputer z Arduino IDE

Co najważniejsze, będziesz potrzebować poczucia przygody, ducha DIY i ciekawości hakerskiej. Zagorzała elektronika hobbystyczna nie zawsze jest łatwa, ale kiedy wytrwasz i będziesz cieszyć się przygodą, wiele satysfakcji może przynieść wytrwałość i uruchamianie swoich projektów. Po prostu zrób każdy krok powoli, pamiętaj o szczegółach i nie wahaj się poprosić o pomoc.

Krok 2: Elektronika samochodowa i samochody samojezdne

Elektronika samochodowa to wszelkie systemy elektroniczne stosowane w pojazdach drogowych. Należą do nich carputers, telematyka, samochodowe systemy rozrywki i tak dalej. Elektronika samochodowa powstała z potrzeby sterowania silnikami. Pierwsze służyły do sterowania funkcjami silnika i były określane jako jednostki sterujące silnika (ECU). Gdy elektroniczne sterowanie zaczęło być używane w większej liczbie zastosowań motoryzacyjnych, akronim ECU przyjął bardziej ogólne znaczenie „elektronicznej jednostki sterującej”, a następnie opracowano specjalne ECU. Teraz ECU są modułowe. Dwa typy obejmują moduły sterujące silnika (ECM) lub moduły sterujące skrzyni biegów (TCM). Nowoczesny samochód może mieć nawet 100 ECU.

Samochody sterowane radiowo (samochody R/C) to samochody lub ciężarówki, którymi można sterować na odległość za pomocą specjalistycznego nadajnika lub pilota. Termin „R/C” był używany zarówno w znaczeniu „sterowany zdalnie”, jak i „sterowany radiowo”, ale powszechne dziś użycie „R/C” zwykle odnosi się do pojazdów sterowanych za pomocą łącza radiowego.

Samochód autonomiczny (samochód bez kierowcy, samochód autonomiczny, samochód zrobotyzowany) to pojazd, który jest w stanie wykrywać otoczenie i nawigować bez udziału człowieka. Autonomiczne samochody mogą wykrywać otoczenie za pomocą różnych technik, takich jak radar, lidar, GPS, odometria i wizja komputerowa. Zaawansowane systemy sterowania interpretują informacje sensoryczne, aby zidentyfikować odpowiednie ścieżki nawigacyjne, a także przeszkody i odpowiednie oznakowanie. Samochody autonomiczne mają systemy sterowania, które są w stanie analizować dane sensoryczne w celu rozróżnienia różnych samochodów na drodze, co jest bardzo przydatne w planowaniu ścieżki do pożądanego miejsca docelowego.

Krok 3: Arduino dla NodeMCU

NodeMCU to platforma IoT typu open source. Zawiera oprogramowanie układowe, które działa na ESP8266 Wi-Fi SoC firmy Espressif Systems oraz sprzęt oparty na module ESP-12.

Arduino IDE można teraz łatwo rozszerzyć, aby obsługiwało programowanie modułów NodeMCU tak, jakby były każdą inną platformą programistyczną Arduino.

Aby rozpocząć, upewnij się, że masz zainstalowane Arduino IDE (www.arduino.cc) oraz sterowniki do odpowiedniego układu Serial-USB na używanym module NodeMCU. Obecnie większość modułów NodeMCU zawiera układ CH340 Serial-USB. Producent chipów CH340 (WCH.cn) posiada sterowniki dostępne dla wszystkich popularnych systemów operacyjnych. Sprawdź stronę tłumaczeń Google dla ich witryny.

Uruchom Ardino IDE, przejdź do preferencji i znajdź pole do wpisania „Additional Board Manager URLs”

Wklej ten adres URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Aby zainstalować menedżera płyty dla ESP8266.

Po instalacji zamknij środowisko IDE, a następnie uruchom je z powrotem.

Teraz podłącz moduł NodeMCU do komputera za pomocą kabla microUSB (takiego jak większość telefonów komórkowych i tabletów).

Wybierz typ płytki w Arduino IDE jako NodeMCU 1.0

Zawsze lubimy ładować i testować demo blink na nowej płycie Arduino, aby mieć pewność, że wszystko działa poprawnie. NodeMCU nie jest wyjątkiem, ale przed kompilacją i przesłaniem musisz zmienić pin LED z pin13 na pin16. Upewnij się, że ten szybki test działa poprawnie, zanim przejdziesz do czegoś bardziej skomplikowanego z Arduino NodeMCU.

Oto instrukcja opisująca proces konfiguracji Arduino NodeMCU z kilkoma różnymi przykładami aplikacji. To trochę odbiega od celu tutaj, ale pomocne może być spojrzenie z innego punktu widzenia, jeśli utkniesz.

Krok 4: Zestaw podwozia samochodu 2WD

Zawartość zestawu podwozia samochodu 2WD:

• Obudowa aluminiowa (kolory różnią się)
• Dwa silniki prądu stałego FM90
• Dwa koła z gumowymi oponami
• Kółko wolnobiegowe
• Sprzęt montażowy
• Sprzęt montażowy

Silniki DC FM90 wyglądają jak mikro serwa, ponieważ są zbudowane w tej samej plastikowej obudowie, co zwykłe mikro serwa, takie jak FS90, FS90R lub SG92R. Jednak FM90 nie jest serwomechanizmem. FM90 to silnik prądu stałego z plastikową przekładnią.

Prędkość silnika FM90 jest kontrolowana przez modulację szerokości impulsu (PWM) przewodów zasilających. Kierunek jest kontrolowany przez zmianę polaryzacji zasilania, jak w przypadku każdego szczotkowanego silnika prądu stałego. FM90 może działać na 4-6 V DC. Choć mały, pobiera wystarczająco dużo prądu, że nie powinien być zasilany bezpośrednio z pinu mikrokontrolera. Należy zastosować sterownik silnika lub mostek H.

Dane techniczne silnika prądu stałego FM90:

• Wymiary: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3" x 0,49" x 1,2"
• Liczba splajnów: 21
• Waga: 8.4g
• Prędkość bez obciążenia: 110 obr./min (4,8 v) / 130 obr./min (6 v)
• Prąd roboczy (bez obciążenia): 100mA (4,8v) / 120mA (6v)
• Szczytowy moment utyku (4,8 v): 1,3 kg/cm / 18,09 uncji/cal
• Szczytowy moment utyku (6v): 1,5 kg/cm / 20,86 uncji/cal
• Prąd przeciągnięcia: 550mA (4,8v) / 650mA (6v)

Krok 5: Podwozie samochodu: montaż mechaniczny

Podwozie samochodu można łatwo zmontować zgodnie z tym schematem.

Zwróć uwagę, że są dwie małe torby ze sprzętem. Jeden zawiera osprzęt montażowy z sześcioma mosiężnymi wspornikami 5mm-M3 wraz z dopasowanymi śrubami i nakrętkami. Ten sprzęt montażowy może być przydatny w późniejszych etapach montażu kontrolerów, czujników i innych elementów do obudowy.

Na tym etapie użyjemy sprzętu montażowego, który obejmuje:

• Cztery cienkie śruby M2x8 i małe dopasowane nakrętki do mocowania silników
• Cztery grubsze śruby M3x10 i większe dopasowane nakrętki do mocowania kółka samonastawnego
• Dwie śruby PB2.0x8 z gwintem grubozwojnym do mocowania kół do silników

Zwróć uwagę, że silniki FM90 są zorientowane w taki sposób, że przewody wystają z tyłu zmontowanej obudowy.

Krok 6: Podwozie samochodu: Dodaj pakiet zasilania i kontroler

Płyta osłony silnika ESP-12E obsługuje bezpośrednie podłączenie modułu NodeMCU. Osłona silnika zawiera chip sterownika silnika push-pull L293DD (arkusz danych). Przewody przewodu silnika należy podłączyć do zacisków śrubowych A+/A- i B+/B- na osłonie silnika (po odłączeniu złączy). Przewody akumulatora należy podłączyć do zacisków śrubowych wejścia akumulatora.

Jeśli jedno z kół obraca się w złym kierunku, przewody do odpowiedniego silnika można zamienić na zaciskach śrubowych lub można odwrócić bit kierunku w kodzie (następny krok).

Na osłonie silnika znajduje się plastikowy przycisk zasilania, który aktywuje zasilanie wejściowe akumulatora. Blok zworek może być używany do kierowania zasilania do NodeMCU z osłony silnika. Bez zainstalowanego bloku zworek NodeMCU może zasilać się z kabla USB. Po zainstalowaniu bloku zworek (jak pokazano), akumulator zasila silniki i jest również napędzany do modułu NodeMCU.

Osłonę silnika i akumulator można zamontować na podwoziu, wyrównując otwory na śruby z dostępnymi otworami w aluminiowej obudowie. Łatwiej nam jednak przymocować je do obudowy za pomocą dwustronnej taśmy piankowej lub samoprzylepnych pasków na rzepy.

Krok 7: Podwozie samochodu: programowanie i sterowanie Wi-Fi

Blynk to platforma z aplikacjami na iOS i Androida do sterowania Arduino, Raspberry Pi i innym sprzętem przez Internet. Jest to cyfrowy pulpit nawigacyjny, w którym możesz zbudować interfejs graficzny swojego projektu, po prostu przeciągając i upuszczając widżety. Konfiguracja wszystkiego jest naprawdę prosta i od razu zaczniesz majstrować. Blynk zapewni Ci połączenie z Internetem i przygotuje się na Internet Twoich rzeczy.

Zawarty tutaj skrypt HBcar.ino Arduino pokazuje, jak połączyć cztery przyciski (do przodu, do tyłu, w prawo i w lewo) w projekcie Blynk, aby sterować silnikami na podwoziu samochodu 2WD.

Przed kompilacją należy w programie zmienić trzy ciągi:

• SSID Wi-Fi (dla punktu dostępu Wi-Fi)
• Hasło Wi-Fi (dla punktu dostępu Wi-Fi)
• Token autoryzacji Blynk (z twojego projektu Blynk)

Zauważ z przykładowego kodu, że chip L293DD na osłonie silnika jest podłączony w następujący sposób:

• GPIO pin 5 dla prędkości silnika A
• GPIO pin 0 dla kierunku silnika A
• GPIO pin 4 dla prędkości silnika B
• GPIO pin 2 dla kierunku silnika B

Krok 8: Czujniki do autonomicznej nawigacji: dalmierz ultradźwiękowy

Dalmierz ultradźwiękowy HC-SR04 (karta katalogowa) może zapewnić pomiary od około 2cm do 400cm z dokładnością do 3mm. Moduł HC-SR04 zawiera nadajnik ultradźwiękowy, odbiornik i obwód sterujący.

Po dołączeniu czterech żeńsko-żeńskich zworek do pinów HC-SR04, owinięcie złączy taśmą może pomóc zarówno odizolować połączenia od zwarcia do aluminiowej obudowy, jak i zapewnić giętką masę do zaklinowania w gnieździe z przodu podwozie, jak pokazano.

W tym przykładzie cztery styki HC-SR04 można podłączyć do osłony silnika:

• VCC (na HC-SR04) do VIN (na osłonie silnika)
• Spust (na HC-SR04) do D6 (na osłonie silnika)
• Echo (na HC-SR04) do D7 (na osłonie silnika)
• GND (na HC-SR04) do GND (na osłonie silnika)

VIN dostarczy około 6VDC do HC-SR04, który potrzebuje tylko 5V. Wydaje się jednak, że to działa dobrze. Druga dostępna szyna zasilająca (3,3V) jest czasami wystarczająca do zasilania modułu HC-SR04 (oczywiście spróbuj), ale czasami nie ma wystarczającego napięcia.

Po podłączeniu wypróbuj przykładowy kod NodeMCUping.ino, aby przetestować działanie HC-SR04. Odległość czujnika od dowolnego obiektu jest drukowana na monitorze szeregowym (płytka 9600) w centymetrach. Zdobądź naszą linijkę i przetestuj dokładność. Imponujące, prawda?

Teraz, gdy masz już tę wskazówkę, wypróbuj coś takiego dla unikającego kolizji pojazdu autonomicznego:

1. do przodu do odległości <10 cm
2. postój
3. odwrócić na małą odległość (opcjonalnie)
4. skręć o losowy kąt (czas)
5. przejdź do kroku 1

Aby uzyskać ogólne informacje, oto film instruktażowy zawierający szczegółowe informacje dotyczące korzystania z modułu HC-SR04.

Krok 9: Czujniki do autonomicznej nawigacji: Odbicie podczerwieni (IR)

Moduł czujnika odbiciowego IR wykorzystuje TCRT5000 (karta danych) do wykrywania koloru i odległości. Moduł emituje światło podczerwone, a następnie wykrywa, czy otrzymuje odbicie. Dzięki możliwości wykrywania, czy powierzchnia jest biała czy czarna, czujnik ten jest często używany w robotach liniowych i automatycznej rejestracji danych na licznikach mediów.

Zakres odległości pomiarowej wynosi od 1mm do 8mm, a punkt centralny to około 2,5mm. Jest też wbudowany potencjometr do regulacji czułości. Dioda IR będzie emitować światło IR w sposób ciągły, gdy moduł jest podłączony do zasilania. Gdy emitowane światło podczerwone nie zostanie odbite, trioda będzie w stanie wyłączonym, co spowoduje, że wyjście cyfrowe (D0) wskaże logiczne LOW.

Krok 10: Wiązki laserowe

Te popularne moduły laserowe 5mW 5V mogą być używane do dodawania czerwonych wiązek laserowych do prawie wszystkiego, co ma dostępną moc 5V.

Zauważ, że te moduły można łatwo uszkodzić, więc HackerBox #0013 zawiera kilka, które zapewniają kopię zapasową. Zadbaj o swoje moduły laserowe!

Krok 11: Samochodowa diagnostyka pokładowa (OBD)

Diagnostyka pokładowa (OBD) to termin motoryzacyjny odnoszący się do możliwości autodiagnostyki i raportowania pojazdu. Systemy OBD dają właścicielowi pojazdu lub mechanikowi dostęp do stanu różnych podsystemów pojazdu. Ilość informacji diagnostycznych dostępnych za pośrednictwem OBD była bardzo zróżnicowana od czasu jego wprowadzenia we wczesnych latach 80. XX wieku w wersjach komputerów pokładowych pojazdów. Wczesne wersje OBD po prostu zapalały lampkę kontrolną awarii w przypadku wykrycia problemu, ale nie dostarczały żadnych informacji o naturze problemu. Nowoczesne implementacje OBD wykorzystują ustandaryzowany port komunikacji cyfrowej w celu dostarczania danych w czasie rzeczywistym oprócz znormalizowanej serii diagnostycznych kodów usterek lub kodów DTC, które umożliwiają szybką identyfikację i usuwanie usterek w pojeździe.

OBD-II to ulepszenie zarówno możliwości, jak i standaryzacji. Standard OBD-II określa typ złącza diagnostycznego i jego pinout, dostępne protokoły sygnalizacji elektrycznej oraz format wiadomości. Zawiera również listę potencjalnych parametrów pojazdu do monitorowania wraz ze sposobem kodowania danych dla każdego z nich. W złączu znajduje się wtyk, który zapewnia zasilanie testera diagnostycznego z akumulatora pojazdu, co eliminuje konieczność oddzielnego podłączania testera do źródła zasilania. Kody diagnostyczne OBD-II są 4-cyfrowe, poprzedzone literą: P dla silnika i skrzyni biegów (zespołu napędowego), B dla nadwozia, C dla podwozia i U dla sieci. Producenci mogą również dodawać niestandardowe parametry danych do swojej konkretnej implementacji OBD-II, w tym żądania danych w czasie rzeczywistym oraz kody problemów.

ELM327 to zaprogramowany mikrokontroler do łączenia się z interfejsem diagnostyki pokładowej (OBD) występującym w większości nowoczesnych samochodów. Protokół poleceń ELM327 jest jednym z najpopularniejszych standardów interfejsu PC-OBD i jest również wdrażany przez innych dostawców. Oryginalny ELM327 jest zaimplementowany na mikrokontrolerze PIC18F2480 firmy Microchip Technology. ELM327 abstrahuje protokół niskiego poziomu i przedstawia prosty interfejs, który można wywołać za pomocą UART, zwykle za pomocą ręcznego narzędzia diagnostycznego lub programu komputerowego podłączonego przez USB, RS-232, Bluetooth lub Wi-Fi. Funkcje takiego oprogramowania mogą obejmować dodatkowe oprzyrządowanie pojazdu, raportowanie kodów błędów i kasowanie kodów błędów.

Chociaż Torque jest prawdopodobnie najbardziej znany, istnieje wiele aplikacji, których można używać z ELM327.

Krok 12: Zhakuj planetę

Dziękujemy za podzielenie się naszą przygodą z elektroniką samochodową. Jeśli podobał Ci się ten Instrucable i chciałbyś, aby pudełko z takimi projektami elektronicznymi było dostarczane co miesiąc prosto do Twojej skrzynki pocztowej, dołącz do nas, SUBSKRYBUJĄC TUTAJ.

Dotrzyj i podziel się swoim sukcesem w komentarzach poniżej i/lub na stronie HackerBoxes na Facebooku. Daj nam znać, jeśli masz jakieś pytania lub potrzebujesz pomocy. Dziękujemy za bycie częścią HackerBoxes. Prosimy o nadsyłanie swoich sugestii i opinii. HackerBox to TWOJE pudełka. Zróbmy coś wspaniałego!