Opgemaakte RC -motor: 23 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

RC -motors was nog altyd vir my 'n bron van opwinding. Hulle is vinnig, pret, en jy hoef nie bekommerd te wees as jy hulle verongeluk nie. As 'n ouer, meer volwasse RC -entoesias kan ek egter nie gesien word dat ek met 'n klein RC -motor speel nie. Ek moet groot, volwasse mangroottes hê. Dit is hier waar 'n probleem ontstaan: volwasse RC -motors is duur. Terwyl ek aanlyn blaai, kos die goedkoopste wat ek kon vind $ 320, die gemiddelde is ongeveer $ 800. My rekenaar is goedkoper as hierdie speelgoed!

Omdat ek weet dat ek nie hierdie speelgoed kan bekostig nie, het die vervaardiger in my gesê ek kan 'n motor vir 'n tiende van die prys maak. So het ek begin om my asblik in goud te verander

Voorrade

Die onderdele wat benodig word vir die RC -motor is soos volg:

• Tweedehandse RC motor
• L293D -motorbestuurder (DIP -vorm)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodule
• RC Drone Battery (of enige ander hoëstroom battery)
• LM2596 Buck -omskakelaars (2)
• Drade
• Perfboard
• Klein, diverse komponente (kopstukke, skroefklemme, kapasitors, ens.)

Die onderdele wat benodig word vir die RC -beheerder is soos volg:

• Gebruikte beheerder (moet 2 analoog joysticks hê)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomodule
• Elektriese drade

Stap 1: Herwinde skat

Hierdie projek het oorspronklik ongeveer 'n jaar gelede begin toe ek en my vriende beplan het om 'n rekenaargedrewe motor te maak vir 'n hackathon-projek (koderingskompetisie). My plan was om na 'n tweedehandse winkel te gaan, die grootste RC -motor te koop wat ek kon kry, die binnekant van die ingewande te vervang en dit met 'n ESP32 te vervang.

Op 'n tydstip het ek na Savers gejaag, 'n RC -motor gekoop en my voorberei op die hackathon. Ongelukkig het baie van die dele wat ek nodig gehad het, nie betyds ingekom nie, so ek moes die projek heeltemal skrap.

Sedertdien het die RC -motor tot nou toe stof onder my bed versamel …

Vinnige oorsig:

In hierdie projek sal ek 'n gebruikte speelgoedmotor en 'n IR -kontroleerder hergebruik om die Upcycled RC Car te skep. Ek sal die binnekant darm, Arduino Nano's inplant, en die NRF24L01+ radiomodule gebruik om tussen die twee te kommunikeer.

Stap 2: Teorie

Om te verstaan hoe iets werk, is belangriker as om te weet hoe om dit te laat werk

- Kevin Yang 2020-05-17 (ek het dit net opgemaak)

Met dit gesê, laat ons begin praat oor die teorie en elektronika agter die Upcycled RC Car.

Aan die kant van die motor gebruik ons 'n NRF24L01+, 'n Arduino Nano, 'n L293D -motorbestuurder, die motors in die RC -motor en twee boksomskakelaars. Een boksomskakelaar sal die dryfspanning van die motor verskaf, terwyl die ander een 5V vir die Arduino Nano sal verskaf.

Aan die kant van die beheerder gebruik ons 'n NRF24L01+, 'n Arduino Nano en die analoog joysticks in die herbestemde kontroleerder.

Stap 3: Die NRF24L01+

Voordat ons begin, moet ek waarskynlik die olifant in die kamer verduidelik: die NRF24L01+. As u al nie die naam ken nie, is die NRF24 'n chip vervaardig deur Nordic Semiconductors. Dit is baie gewild in die vervaardigersgemeenskap vir radiokommunikasie vanweë die lae prys, klein grootte en goed geskrewe dokumentasie.

Hoe werk die NRF -module eintlik? Om mee te begin werk die NRF24L01+ op die 2,4 GHz -frekwensie. Dit is dieselfde frekwensie waarop Bluetooth en Wifi werk (met geringe variasies!). Die chip kommunikeer tussen 'n Arduino met behulp van SPI, 'n vier-pins kommunikasie protokol. Vir krag gebruik die NRF24 3.3V, maar die penne is ook 5V -verdraagsaam. Hiermee kan ons 'n Arduino Nano, wat 5V -logika gebruik, gebruik met die NRF24, wat 3.3V -logika gebruik. 'N Paar ander kenmerke is soos volg.

Opmerklike kenmerke:

• Werk op die 2,4 GHz bandwydte
• Voedingsspanning: 1.6 - 3.6V
• 5V verdraagsaam
• Gebruik SPI -kommunikasie (MISO, MOSI, SCK)
• Neem 5 penne (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (baie belangrik in hierdie projek!)
• Slaap stelling
• Verbruik 900nA - 12mA
• Oordragbereik: ~ 100 meter (sal wissel na gelang van geografiese ligging)
• Koste: $ 1,20 per module (Amazon)

As u meer wil leer oor die NRF24L01+, kyk dan na die gedeelte Extra Readings aan die einde

Stap 4: Die L293D - motorbestuurder met dubbele H -brug

Alhoewel die Arduino Nano genoeg stroom kan verskaf om 'n LED aan te dryf, is daar geen manier dat die Nano 'n motor self kan dryf nie. Daarom moet ons 'n spesiale bestuurder gebruik om die motor te beheer. Behalwe dat hy die stroom kan voorsien, sal die bestuurderskyfie ook die Arduino beskerm teen enige spanningspieke wat ontstaan as u die motor aan en af skakel.

Plaas die L293D, 'n viervoudige half-H-brug motorbestuurder, of in leketerme 'n chip wat twee motors vorentoe en agtertoe kan dryf.

Die L293D maak staat op H-Bridges om die snelheid van 'n motor sowel as die rigting te beheer. 'N Ander kenmerk is die isolasie van die kragtoevoer, wat die Arduino in staat stel om weg te loop van 'n kragbron, apart van die motors.

Stap 5: Maak die motor vas

Genoeg teorie en laat ons eintlik begin bou!

Aangesien die RC -motor nie 'n kontroleerder het nie (onthou dit uit 'n tweedehandse winkel), is die elektronika aan die binnekant nutteloos. So maak ek die RC -motor oop en gooi die beheerbord in my asblik.

Dit is nou belangrik om 'n paar aantekeninge te neem voordat ons begin. Een ding om op te let is die voedingsspanning vir die RC -motor. Die motor wat ek gekoop het, is baie oud, lank voor die litium-gebaseerde batterye die hoofstroom was. Dit beteken dat hierdie RC-motor van 'n Ni-Mh-battery met 'n nominale spanning van 9,6 volt afgeskakel is. Dit is belangrik, aangesien dit die spanning is waarop ons die motors sal dryf.

Stap 6: Hoe werk die motor?

Ek kan met 99% sekerheid sê dat my motor nie dieselfde is as joune nie, wat beteken dat hierdie afdeling in wese nutteloos is. Dit is egter belangrik om 'n paar kenmerke van my motor aan te dui, want ek sal my ontwerp daarop baseer.

Stuur

Anders as met moderne RC -motors, gebruik die motor wat ek aanpak nie 'n servo om te draai nie. In plaas daarvan gebruik my motor 'n basiese motor en vere. Dit het baie nadele, veral omdat ek nie die beste kan maak nie. Een onmiddellike voordeel is egter dat ek nie 'n ingewikkelde bedieningsvlak nodig het om te draai nie. Al wat ek hoef te doen, is om die motor met 'n sekere polariteit aan te wakker (afhangende van die rigting wat ek wil draai).

Differensiaalas

Verbasend genoeg bevat my RC -motor ook 'n differensiaalas en twee verskillende ratmetodes. Dit is nogal amusant, aangesien verskille gewoonlik in werklike motors voorkom, nie in klein RC-motors nie. Ek sou dink dat dit 'n hoë-vlak RC-model was voordat hierdie motor op die rakke van 'n tweedehandse winkel was.

Stap 7: Die kwessie van krag

Met die funksies uit die weg, moet ons nou praat oor die belangrikste deel van hierdie konstruksie: hoe gaan ons die RC -motor dryf? En om meer spesifiek te wees: hoeveel stroom is nodig om die motors aan te dryf?

Om dit te beantwoord, het ek 'n hommeltuigbattery aan 'n boksomskakelaar gekoppel, waar ek die 11V van die battery na die 9,6V van die motors laat val het. Van daar af het ek die multimeter op 10A huidige modus gestel en die kring voltooi. My meter het gelees dat die motors 300 mA se stroom benodig om vrye lug in te skakel.

Alhoewel dit dalk nie veel klink nie, is die meting waaroor ons werklik omgee, die motor se stalletjie. Om dit te meet, sit ek my hande oor die wiele om te keer dat hulle draai. Toe ek na my meter kyk, vertoon dit 'n soliede 1A.

Omdat ek geweet het dat die dryfmotors ongeveer 'n versterker sou trek, het ek die stuurmotors getoets wat 500mA getrek het toe dit stil was. Met hierdie kennis het ek tot die gevolgtrekking gekom dat ek die hele stelsel van 'n RC -hommeltuigbattery en twee LM2596 -omskakelaars*kan afskakel.

*Waarom tweebok-beheerders? Elke LM2596 het 'n maksimum stroom van 3A. As ek alles van een boksomskakelaar afskakel, gaan ek baie stroom trek, en daarom sou ek redelik groot spanningspieke hê. Deur die ontwerp rus die Arduino Nano -krag elke keer as daar 'n groot spanningspiek is. Daarom het ek twee omsetters gebruik om die las te verlig en die Nano geïsoleerd van die motors te hou.

'N Laaste belangrike komponent wat ons benodig, is 'n Li-Po-selspanningstoetser. Die doel hiervan is om die battery te beskerm teen oorontlading om te voorkom dat die lewensduur van die battery beskadig word (hou altyd die selspanning van 'n litium-gebaseerde battery bo 3,5V!)

Stap 8: RC Car Circuit

Met die kragprobleem uit die weg geruim, kan ons nou die stroombaan bou. Hierbo is die skema wat ek vir die RC -motor gemaak het.

Hou in gedagte dat ek nie die voltmeterverbinding van die battery ingesluit het nie. Om die voltmeter te gebruik, hoef u net die balansskakelaar aan die onderskeie penne van die voltmeter te koppel. As u dit nog nooit gedoen het nie, klik op die video wat in die afdeling Extra Readings gekoppel is om meer te wete te kom.

Notas oor die kring

Die aktiveerpenne (1, 9) op die L293D benodig 'n PWM -sein om veranderlike spoed te hê. Dit beteken dat slegs 'n paar penne op die Arduino Nano daaraan gekoppel kan word. Vir die ander penne op die L293D geld alles.

Aangesien die NRF24L01+ oor SPI kommunikeer, moet ons sy SPI -penne verbind met die SPI -penne op die Arduino Nano (verbind dus MOSI -> MOSI, MISO -> MISO en SCK -> SCK). Dit is ook belangrik om op te let dat ek die IRQ -pen van die NRF24 aan pen 2 op die Arduino Nano gekoppel het. Dit is omdat die IRQ -pen LOW gaan elke keer as die NR24 'n boodskap ontvang. As ek dit weet, kan ek 'n onderbreking veroorsaak om die Nano te vertel om die radio te lees. Dit stel die Nano in staat om ander dinge te doen terwyl hy op nuwe data wag.

Stap 9: PCB

Aangesien ek dit 'n modulêre ontwerp wil maak, het ek 'n PCB gemaak met behulp van perf board en baie kopstukke.

Stap 10: Finale verbindings

Met die PCB klaar en die RC -motor uitgeroei, het ek krokodille gebruik om te toets of alles werk.

Nadat ek getoets het dat al die verbindings korrek is, het ek die alligatordrade met regte kabels vervang en al die komponente aan die onderstel vasgemaak.

Op hierdie stadium het u moontlik besef dat hierdie artikel nie 'n stap -vir -stap gids is nie. Dit is omdat dit eenvoudig onmoontlik is om elke stap uit te skryf, dus in plaas van die volgende paar instruksies, sal ek 'n paar wenke deel wat ek geleer het toe ek die motor gemaak het.

Stap 11: Wenk 1: Plasing van radiomodules

Om die omvang van die RC -motor te vergroot, het ek die NRF -radiomodule so ver as moontlik aan die kant geplaas. Dit is omdat radiogolwe weerkaats van metale soos PCB's en drade, wat die reikwydte verminder. Om dit op te los, plaas ek die module aan die kant van die printplaat en sny 'n spleet in die motor se behuizing sodat dit kan uitsteek.

Stap 12: Wenk 2: Hou dit modulêr

'N Ander ding wat ek gedoen het wat my 'n paar keer gered het, is om alles deur middel van kopstukke en terminale te verbind. Dit maak dit maklik om dele te ruil as een van die komponente gebraai word (om watter rede ook al …).

Stap 13: Wenk 3: Gebruik heatsinks

Die motors in my RC -motor stoot die L293D tot sy uiterste. Terwyl die motorbestuurder tot 600 mA deurlopend kan hanteer, beteken dit ook dat dit baie warm en vinnig word! Daarom is dit 'n goeie idee om 'n bietjie termiese pasta en 'n heatsink by te voeg om te verhoed dat die L293D self kook. Selfs met die hitte -afval kan die skyfie egter nog te warm raak om aan te raak. Daarom is dit 'n goeie idee om die motor af te koel na 2-3 minute se speel.

Stap 14: RC -beheertyd

Met die RC -motor klaar, kan ons begin om die kontroleerder te maak.

Soos die RC -motor, het ek ook 'n rukkie terug die kontroleerder gekoop en gedink ek kan iets daarmee doen. Ironies genoeg is die beheerder eintlik 'n IR -een, sodat dit IR -LED's gebruik om tussen toestelle te kommunikeer.

Die basiese idee met hierdie build is om die oorspronklike bord in die kontroleerder te hou en die Arduino en NRF24L01+ daar rondom te bou.

Stap 15: Basiese analoog -joystick

Om met 'n analoog joystick aan te sluit, kan skrikwekkend wees, veral omdat daar nie 'n uitbreekbord vir die penne is nie. Geen bekommernis! Alle analoog joysticks werk volgens dieselfde leidende beginsel en het gewoonlik dieselfde pinout.

In wese is analoog joysticks slegs twee potensiometers wat weerstand verander wanneer dit in verskillende rigtings beweeg word. As u byvoorbeeld die joystick na regs skuif, verander die x-as-potensiometer waarde. As u nou die joystick vorentoe beweeg, verander die potensiometer van die y-as waarde.

Met dit in gedagte, as ons na die onderkant van die analoog joystick kyk, sien ons 6 penne, 3 vir die x-as-potensiometer en 3 vir die y-as-potensiometer. Al wat u hoef te doen is om 5V en grond aan die buitepennetjies te koppel en die middelste pen aan te sluit op 'n analoog ingang op die Arduino.

Hou in gedagte dat die waardes vir die potensiometer tot 1024 gekarteer word en nie 512 nie! Dit beteken dat ons die ingeboude kaart () -funksie in Arduino moet gebruik om enige digitale uitsette te beheer (soos die PWM -sein wat ons gebruik om die L293D te beheer). Dit word reeds in die kode gedoen, maar as u van plan is om u eie program te skryf, moet u dit in gedagte hou.

Stap 16: Controller verbindings

Die verbindings tussen die NRF24 en die Nano is steeds dieselfde vir die beheerder, maar minus die IRQ -verbinding.

Die stroombaan vir die beheerder word hierbo getoon.

Om 'n kontroleerder aan te pas, is beslis 'n kunsvorm. Ek het al telkens hierdie punt gemaak, maar dit is eenvoudig nie moontlik om 'n stap-vir-stap handleiding hieroor te skryf nie. Net soos wat ek vroeër gedoen het, gee ek 'n paar wenke oor wat ek geleer het terwyl ek my kontroleerder gemaak het.

Stap 17: Wenk 1: Gebruik die onderdele tot u beskikking

Daar is baie min ruimte in die beheerder, en as u enige ander insette vir die motor wil insluit, gebruik dan die skakelaars en knoppe wat reeds daar is. Vir my beheerder het ek ook 'n potensiometer en 'n 3-rigting skakelaar aan die Nano gekoppel.

Nog 'n ding om in gedagte te hou dat dit u beheerder is. As die pinouts nie by u smaak pas nie, kan u dit altyd herrangskik!

Stap 18: Wenk 2: Verwyder onnodige spore

Aangesien ons die oorspronklike bord gebruik, moet u alle spore wat na die analoog joysticks gaan, verwyder en na enige ander sensor wat u gebruik. Deur dit te doen, voorkom u dat die kans op onverwagte sensorgedrag plaasvind.

Om hierdie snitte te maak, het ek eenvoudig 'n doosnyer gebruik en die PCB 'n paar keer aangeteken om die spore regtig te skei.

Stap 19: Wenk 3: Hou die drade so kort as moontlik

Hierdie wenk praat spesifiek oor die SPI -lyne tussen die Arduino en die NRF24 -module, maar dit geld ook vir die ander verbindings. Die NRF24L01+ is uiters gevoelig vir inmenging, so as die geraas deur die drade opgetel word, sal dit die data beskadig. Dit is een van die belangrikste nadele van SPI -kommunikasie. Deur die drade so kort as moontlik te hou, maak u ook die hele beheerder skoner en meer georganiseerd.

Stap 20: Wenk 4: Plasing! Plasing! Plasing

Behalwe dat die drade so kort as moontlik gehou word, beteken dit ook dat u die afstand tussen dele so kort as moontlik hou.

As u soek na plekke om die NRF24 en die Arduino te monteer, moet u dit so na as moontlik aan mekaar en die joysticks hou.

Nog 'n ding om in gedagte te hou, is waar u die NRF24 -module moet plaas. Soos vroeër gesê, kan radiogolwe nie deur metaal gaan nie; daarom moet u die module naby die kant van die beheerder monteer. Om dit te doen, sny ek 'n klein spleet met 'n Dremel om die NRF24 uit die kant te laat steek.

Stap 21: Kode

Waarskynlik die belangrikste deel van hierdie build is die werklike kode. Ek het opmerkings en alles ingesluit, so ek sal nie elke program reël vir reël verduidelik nie.

Met dit gesê, is 'n paar belangrike dinge waarop ek wil wys, dat u die NRF24 -biblioteek moet aflaai om die programme uit te voer. As u nog nie die biblioteke geïnstalleer het nie, stel ek voor dat u die tutoriale besoek wat in die afdeling Extra Readings gekoppel is, om uit te vind hoe. As u ook seine na die L293D stuur, moet u nooit die rigtingpenne aanskakel nie. Dit sal die motorbestuurder kortmaak en laat brand.

Github-

Stap 22: Finale produk

Uiteindelik, na 'n jaar van stof opvang en 3 weke se handearbeid, is ek uiteindelik klaar met die Upcycled RC Car. Alhoewel ek moet erken, is dit nêrens so sterk soos die motors in die inleiding nie, dit het baie beter uitgekom as wat ek gedink het. Die motor kan 40 minute lank ry voordat dit nie meer krag het nie en kan tot 150 meter van die beheerder af kom.

'N Paar dinge wat ek beslis sou doen om die motor te verbeter, is om die L293D te ruil vir die L298, 'n groter en kragtiger motorbestuurder. 'N Ander ding wat ek sou doen, is om die standaard NRF -radiomodule vir die versterkte antennaweergawe uit te ruil. Hierdie wysigings sal die wringkrag en die omvang van die motor onderskeidelik verhoog.

Stap 23: Ekstra lesings:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductor -datablad
• SPI -kommunikasie (artikel)
• Basiese opstelling (video)
• In-diepte handleiding (artikel)
• Gevorderde wenke en truuks (video -reekse)

L293D

• Texas Instruments -datablad
• In-diepte handleiding (artikel)