RC na cztery koła Ground Rover: 11 kroków (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-13 06:58

To jest "Monolith na kółkach" (dzięki Stanleyowi Kubrickowi:D)

Odkąd zacząłem majstrować przy elektronice, jednym z moich marzeń było zbudowanie zdalnie sterowanego naziemnego łazika, ponieważ urządzenia bezprzewodowe zawsze mnie fascynowały. Nie miałem wystarczająco dużo czasu i pieniędzy, aby zbudować jeden do czasu mojego projektu w college'u. Zbudowałem więc czterokołowy łazik na mój ostatni projekt. W tej instrukcji wyjaśnię, jak wykorzystałem obudowę starego wzmacniacza do zbudowania łazika od podstaw i jak zrobić kontroler radiowy.

Jest to czterokołowy łazik z czterema oddzielnymi silnikami napędowymi. Układ sterownika silnika oparty jest na L298N, a sterowanie RF na parze HT12E i HT12D firmy Holtek. Nie używa Arduino ani żadnych innych mikrokontrolerów. Wersja, którą wykonałem wykorzystuje tani nadajnik i odbiornik ASK na pasmo 433 MHz ISM do pracy bezprzewodowej. Łazik jest sterowany za pomocą czterech przycisków, a stosowaną metodą jazdy jest napęd różnicowy. Sterownik ma zasięg około 100 m w otwartej przestrzeni. Zacznijmy teraz budować.

(Wszystkie obrazy są w wysokiej rozdzielczości. Otwórz je w nowej karcie, aby uzyskać wysoką rozdzielczość.)

Krok 1: Wymagane części i narzędzia

• Koła 4 x 10 cm x 4 cm z otworami 6 mm (lub takie, które są kompatybilne z posiadanymi silnikami)
• Motoreduktory 4 x 12 V, 300 lub 500 obr./min z wałem 6 mm
• 1 x metalowa obudowa o odpowiednim rozmiarze (ponownie użyłem starej metalowej obudowy)
• 4 x zaciski silnika w kształcie litery L
• 2 x 6V 5Ah, akumulatory kwasowo-ołowiowe
• 1 bateria 9 V
• 1 x płyta sterownika silnika L298N lub goły układ scalony
• Nadajnik 1x433 MHz
• Odbiornik 2 x 433 MHz (kompatybilny)
• Przyciski 4 x 12 mm
• 1 x gniazdo DC Barrel;
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR bramka IC
• 1 x CD4069 Quad NIE IC bramy!
• 4x100uF kondensatory elektrolityczne
• Kondensatory ceramiczne 7 x 100nF
• Rezystory 4x470R
• Rezystor 1 x 51 K (ważne)
• Rezystor 1x680R
• Rezystor 1 x 1 M (ważne)
• 1x7805 lub LM2940 (5V)
• 1x7809
• 3 x 2-pinowe zaciski śrubowe
• 1 x przełącznik kołyskowy SPDT
• 1 x matowa czarna farba
• Diody LED, przewody, wspólne PCB, gniazda IC, przełączniki, wiertarka, Dremel, papiery ścierne i inne narzędzia

Części takie jak silniki, koła, zaciski itp. można wybrać zgodnie z własnymi wymaganiami.

Krok 2: Schemat sterownika silnika

HT12D to 12-bitowy dekoder, który jest dekoderem szeregowego wejścia-równoległego wyjścia. Pin wejściowy HT12D zostanie podłączony do odbiornika, który ma wyjście szeregowe. Wśród 12-bitów, 8 bitów to bity adresu, a HT12D zdekoduje dane wejściowe, jeśli tylko przychodzące dane pasują do jego aktualnego adresu. Jest to przydatne, jeśli chcesz obsługiwać wiele urządzeń na tej samej częstotliwości. Do ustawienia wartości adresu można użyć 8-pinowego przełącznika DIP. Ale przylutowałem je bezpośrednio do GND, co daje adres 00000000. HT12D pracuje tutaj na 5V, a wartość Rosc wynosi 51 KΩ. Wartość rezystora jest ważna, ponieważ zmiana jej może spowodować problemy z dekodowaniem.

Wyjście odbiornika 433MHz jest podłączone do wejścia HT12D, a cztery wyjścia są podłączone do podwójnego sterownika mostka H L298 2A. Sterownik potrzebuje radiatora do prawidłowego odprowadzania ciepła, ponieważ może się bardzo nagrzewać.

Kiedy naciskam lewy przycisk na pilocie, chcę, aby M1 i M2 biegły w kierunku przeciwnym do kierunku M3 i M4 i na odwrót w przypadku prawego działania. W przypadku pracy w przód wszystkie silniki będą musiały pracować w tym samym kierunku. Nazywa się to napędem różnicowym i jest używany w czołgach bojowych. Dlatego do sterowania potrzebujemy nie tylko jednego pinu, ale czterech jednocześnie. Nie da się tego osiągnąć za pomocą przycisków SPST, które mam, chyba że masz jakieś przełączniki SPDT lub joystick. Zrozumiesz to, patrząc na powyższą tabelę logiczną. Wymagana logika jest osiągana na końcu nadajnika w następnym kroku.

Całość zasilana jest dwoma akumulatorami kwasowo-ołowiowymi 6V, 5Ah w konfiguracji szeregowej. W ten sposób będziemy mieli dużo miejsca na umieszczenie akumulatorów wewnątrz obudowy. Ale będzie lepiej, jeśli znajdziesz baterie Li-Po w zakresie 12V. Gniazdo baryłkowe DC służy do podłączenia akumulatorów Pb-Acid do zewnętrznej ładowarki. 5V dla HT12D jest generowane za pomocą regulatora 7805.

Krok 3: Budowanie sterownika silnika

Do lutowania wszystkich elementów użyłem płytki perforowanej. Najpierw umieść elementy w taki sposób, aby łatwiej było je lutować bez używania wielu zworek. To kwestia doświadczenia. Gdy rozmieszczenie jest zadowalające, przylutuj nogi i odetnij nadmiar części. Teraz nadszedł czas na routing. Być może używałeś funkcji automatycznego routera w wielu programach do projektowania PCB. Jesteś tutaj routerem. Użyj swojej logiki, aby uzyskać najlepszy routing przy minimalnym użyciu zworek.

Użyłem gniazda IC do odbiornika RF zamiast bezpośrednio go lutować, ponieważ mogę go później użyć ponownie. Cała tablica jest modułowa, więc w razie potrzeby mogę je łatwo zdemontować. Modułowość to jedna z moich pasji.

Krok 4: Schemat pilota RF

Jest to 4-kanałowy pilot RF do łazika. Pilot bazuje na parze enkoder-dekoder serii HT12E i HT12D serii 2^12 firmy Holtek. Komunikacja radiowa jest możliwa dzięki parze nadajnik-odbiornik 433MHz ASK.

HT12E jest 12-bitowym enkoderem i zasadniczo równoległym enkoderem wejścia-szeregowego wyjścia. Z 12 bitów 8 bitów to bity adresu, które można wykorzystać do sterowania wieloma odbiornikami. Piny A0-A7 są pinami wejściowymi adresu. Częstotliwość oscylatora powinna wynosić 3 KHz dla pracy 5 V. Wtedy wartość Rosc wyniesie 1,1 MΩ dla 5V. Używamy baterii 9V, dlatego wartość Rosc wynosi 1 MΩ. Zapoznaj się z arkuszem danych, aby określić dokładną częstotliwość oscylatora i rezystor, które mają być używane dla określonego zakresu napięcia. AD0-AD3 to wejścia bitów sterujących. Wejścia te będą sterować wyjściami D0-D3 dekodera HT12D. Wyjście HT12E można podłączyć do dowolnego modułu nadajnika, który akceptuje dane szeregowe. W takim przypadku wyjście podłączamy do pinu wejściowego nadajnika 433MHz.

Mamy cztery silniki do zdalnego sterowania, z których każdy jest połączony równolegle do napędu różnicowego, jak widać na poprzednim schemacie blokowym. Chciałem sterować silnikami napędu różnicowego czterema przyciskami SPST, które są powszechnie dostępne. Ale jest problem. Nie możemy sterować (ani włączać) wielu kanałów enkodera HT12E za pomocą samych przycisków SPST. W tym miejscu do gry wchodzą bramki logiczne. Jeden 4069 CMOS NOR i jeden 4077 NAND tworzą sterownik logiczny. Po każdym naciśnięciu przycisku kombinacja logiczna generuje wymagane sygnały na wielu pinach wejściowych enkodera (było to intuicyjne rozwiązanie, a nie coś eksperymentalnego, jak „żarówka!”). Wyjścia tych bramek logicznych są połączone z wejściami HT12E i przesyłane szeregowo przez nadajnik. Po otrzymaniu sygnału, HT12D zdekoduje sygnał i odpowiednio wyciągnie piny wyjściowe, które następnie będą napędzać L298N i silniki.

Krok 5: Budowanie pilota zdalnego sterowania RF

Użyłem dwóch oddzielnych kawałków płyty perfboard do pilota; jeden dla przycisków i jeden dla obwodu logicznego. Wszystkie tablice są w pełni modułowe, dzięki czemu można je odłączyć bez rozlutowywania. Styk anteny modułu nadajnika jest podłączony do zewnętrznej anteny teleskopowej ocalonej ze starego radia. Ale możesz użyć do tego jednego kawałka drutu. Pilot korzysta bezpośrednio z baterii 9V.

Wszystko było upchnięte w małym plastikowym pudełeczku, które znalazłem w skrzynce na śmieci. Nie jest to najlepszy sposób na zrobienie pilota, ale służy temu celowi.

Krok 6: Malowanie pilota

Wszystko było zapakowane w środku z przyciskami, przełącznikiem DPDT, wskaźnikiem LED zasilania i odsłoniętą anteną. Wywierciłem kilka otworów w pobliżu nadajnika, ponieważ stwierdziłem, że po dłuższej pracy trochę się nagrzewa. Więc otwory zapewnią trochę przepływu powietrza.

Błędem było wycięcie dużego prostokątnego otworu na górze zamiast małych czterech. Może myślałem o czymś innym. Do wykończenia użyłem metalicznej srebrnej farby.

Krok 7: Budowa podwozia

Jako obudowę łazika użyłem starej metalowej obudowy wzmacniacza. Miał pod spodem otwory, a niektóre z nich trzeba było poszerzyć wiertarką, co ułatwiło mocowanie zacisków silnika. Musisz znaleźć coś podobnego lub zrobić z blachy. Zaciski silnika pod kątem prostym (lub zaciski L) mają po sześć otworów na śruby. Cała konfiguracja nie była tak wytrzymała, ponieważ grubość blachy była niewielka, ale wystarczająca do utrzymania całego ciężaru akumulatorów i wszystkiego. Silniki można przymocować do zacisków za pomocą nakrętek dostarczonych z motoreduktorami prądu stałego. Wał silnika posiada gwintowany otwór do mocowania kół.

Użyłem motoreduktorów DC 300 RPM z plastikową skrzynią biegów. Silniki z plastikową skrzynią biegów (koła zębate są nadal metalowe) są tańsze niż motoreduktory Johnson. Ale szybciej się zużyją i nie będą miały tak dużego momentu obrotowego. Proponuję używać motoreduktorów Johnson z prędkością obrotową 500 lub 600. 300 obr./min nie wystarcza do uzyskania dobrej prędkości.

Każdy silnik musi być przylutowany kondensatorami ceramicznymi 100 nF, aby zredukować iskry stykowe wewnątrz silników. Zapewni to lepszą żywotność silników.

Krok 8: Malowanie podwozia

Malowanie jest łatwe dzięki puszkom z farbą w sprayu. Całe podwozie użyłem matowej czerni. Musisz wyczyścić metalowy korpus papierem ściernym i usunąć wszelkie stare warstwy farby, aby uzyskać lepsze wykończenie. Nałóż dwie warstwy, aby zapewnić długą żywotność.

Krok 9: Testowanie i kończenie

Byłem bardzo podekscytowany, widząc, że wszystko działa bez zarzutu, kiedy pierwszy raz go przetestowałem. Myślę, że to był pierwszy raz, kiedy coś takiego się wydarzyło.

Użyłem pudełka po napojach do przechowywania tablicy sterowniczej w środku. Ponieważ wszystko jest modułowe, montaż jest łatwy. Przewód antenowy odbiornika RF został podłączony do anteny z drutu stalowego na zewnątrz podwozia.

Wszystko po złożeniu wyglądało świetnie, tak jak się spodziewałem.

Krok 10: Zobacz to w akcji

Powyżej użyłem łazika do przenoszenia modułu GPS + akcelerometr do innego projektu. Na górnej płytce znajduje się GPS, akcelerometr, transceiver RF i domowe Arduino. Poniżej znajduje się płyta sterownika silnika. Możesz zobaczyć, jak umieszczono tam akumulatory Pb-Acid. Jest tam dla nich wystarczająco dużo miejsca, mimo że pudełko po napojach jest pośrodku.

Zobacz łazik w akcji na filmie. Film jest trochę chwiejny, gdy kręciłem go telefonem.

Krok 11: Ulepszenia

Jak zawsze powtarzam, zawsze jest miejsce na ulepszenia. To, co zrobiłem, to tylko podstawowy łazik RC. Nie jest wystarczająco mocny, aby przenosić ciężary, unikać przeszkód, a także nie jest szybki. Zasięg kontrolera RF jest ograniczony do około 100 metrów na otwartej przestrzeni. Powinieneś spróbować rozwiązać wszystkie te wady, kiedy je zbudujesz; nie tylko powielaj, chyba że jesteś ograniczony dostępnością części i narzędzi. Oto niektóre z moich propozycji ulepszeń dla Ciebie.

• Użyj metalowych silników przekładniowych Johnson o prędkości 500 lub 600 obr./min, aby uzyskać lepszą równowagę prędkości i momentu obrotowego. Są naprawdę mocne i mogą wytwarzać do 12 kg momentu obrotowego przy 12 V. Ale będziesz potrzebować kompatybilnego sterownika silnika i akumulatorów do wysokich prądów.
• Użyj mikrokontrolera do sterowania silnikiem PWM. W ten sposób możesz kontrolować prędkość łazika. Będzie potrzebował dedykowanego przełącznika do kontroli prędkości po stronie pilota.
• Użyj lepszej i wydajnej pary nadajnika i odbiornika radiowego, aby zwiększyć zasięg działania.
• Mocne podwozie prawdopodobnie wykonane z aluminium, wraz ze sprężynowymi amortyzatorami.
• Obrotowa platforma robotyczna do mocowania robotycznych ramion, kamer i innych rzeczy. Może być wykonany za pomocą serwa na górze podwozia.

Planuję zbudować 6-kołowy łazik ze wszystkimi funkcjami wymienionymi powyżej i będzie używany jako platforma łazika ogólnego przeznaczenia. Mam nadzieję, że podobał Ci się ten projekt i czegoś się nauczyłeś. Dziękuje za przeczytanie:)