RC a quattro ruote Ground Rover: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Questo è un "Monolito su ruote" (grazie a Stanley Kubrick:D)

È stato uno dei miei sogni costruire un rover terrestre telecomandato da quando ho iniziato ad armeggiare con l'elettronica, perché le cose wireless mi hanno sempre affascinato. Non avevo abbastanza tempo e denaro per costruirne uno fino al mio progetto universitario. Così ho costruito un rover a quattro ruote per il mio progetto dell'ultimo anno. In questo tutorial spiegherò come ho usato la custodia di un vecchio amplificatore per costruire il rover da zero e come realizzare il radiocomando.

Questa è una rover a quattro ruote motrici, con quattro motori di azionamento separati. Il circuito del driver del motore è basato su L298N e il controllo RF è basato sulla coppia HT12E e HT12D di Holtek semiconductor. Non usa Arduino o altri microcontrollori. La versione che ho realizzato utilizza una coppia di trasmettitori e ricevitori ASK a banda ISM a 433 MHz economici per il funzionamento wireless. Il rover è controllato da quattro pulsanti e il metodo di guida utilizzato è l'azionamento differenziale. Il controller ha una portata di circa 100 m in spazio aperto. Cominciamo a costruire ora.

(Tutte le immagini sono in alta risoluzione. Aprile in una nuova scheda per l'alta risoluzione.)

Passaggio 1: parti e strumenti necessari

• Ruote 4 x 10 cm x 4 cm con fori da 6 mm (o compatibili con i motori che possiedi)
• Motoriduttori 4 x 12V, 300 o 500 RPM con albero da 6 mm
• 1 x Custodia in metallo di dimensioni adeguate (ho riutilizzato una vecchia custodia in metallo)
• 4 x morsetti motore a forma di L
• 2 x 6V 5Ah, batterie al piombo
• 1 batteria da 9 V
• 1 x scheda driver motore L298N o IC nudo
• 1 trasmettitore da 433 MHz
• Ricevitore 2 x 433 MHz (compatibile)
• Pulsanti 4 x 12 mm
• 1 x jack a barilotto CC
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NON Gate IC
• Condensatori elettrolitici 4 x 100uF
• Condensatori ceramici 7 x 100nF
• 4 x 470R resistori
• 1 x 51K resistore (importante)
• 1 x 680R resistore
• 1 x 1 M resistore (importante)
• 1x7805 o LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 terminali a vite a 2 pin
• 1 x interruttore a bilanciere SPDT
• 1 x vernice nera opaca
• LED, cavi, PCB comuni, prese IC, interruttori, trapano, Dremel, carta vetrata e altri strumenti

Parti come motori, ruote, morsetti ecc. possono essere selezionate secondo le vostre esigenze.

Passaggio 2: schema del driver del motore

L'HT12D è un decodificatore a 12 bit che è un decodificatore di uscita parallela di ingresso seriale. Il pin di ingresso dell'HT12D sarà collegato a un ricevitore che ha un'uscita seriale. Tra i 12 bit, 8 bit sono i bit di indirizzo e l'HT12D decodificherà l'input solo se i dati in arrivo corrispondono al suo indirizzo corrente. Ciò è utile se si desidera utilizzare più dispositivi con la stessa frequenza. È possibile utilizzare un DIPswitch a 8 pin per impostare il valore dell'indirizzo. Ma li ho saldati direttamente a GND che produce l'indirizzo 00000000. L'HT12D funziona qui a 5V e il valore Rosc è 51 KΩ. Il valore del resistore è importante poiché la sua modifica potrebbe causare problemi con la decodifica.

L'uscita del ricevitore a 433 MHz è collegata all'ingresso di HT12D e le quattro uscite sono collegate al driver a doppio ponte H L298 2A. Il driver ha bisogno di un dissipatore di calore per una corretta dissipazione del calore in quanto può diventare molto caldo.

Quando premo il pulsante Sinistra sul telecomando, voglio che M1 e M2 funzionino in una direzione opposta a quella di M3 e M4 e viceversa per il funzionamento Destro. Per il funzionamento in avanti, tutti i motori dovranno girare nella stessa direzione. Questo è chiamato azionamento differenziale ed è quello usato nei carri armati. Quindi abbiamo solo bisogno non solo di un pin da controllare, ma di quattro contemporaneamente. Questo non può essere ottenuto con i pulsanti SPST che ho, a meno che tu non abbia alcuni interruttori SPDT o un joystick. Lo capirai guardando la tabella logica mostrata sopra. La logica richiesta viene raggiunta all'estremità del trasmettitore nel passaggio successivo.

L'intera configurazione è alimentata da due batterie al piombo da 6V, 5Ah in configurazione serie. In questo modo avremo molto spazio per posizionare le batterie all'interno del telaio. Ma sarà meglio se riesci a trovare batterie Li-Po nella gamma di 12V. Un jack a barilotto CC viene utilizzato per collegare le batterie Pb-Acid al caricabatterie esterno. 5V per HT12D viene generato utilizzando un regolatore 7805.

Passaggio 3: costruire il driver del motore

Ho usato una perfboard per saldare tutti i componenti. Per prima cosa posiziona i componenti in modo che sia più facile saldarli senza usare molti ponticelli. Questa è una questione di esperienza. Una volta che il posizionamento è soddisfacente, saldare le gambe e tagliare le parti in eccesso. Ora è il momento del routing. Potresti aver utilizzato la funzione di router automatico su molti software di progettazione PCB. Tu sei il router qui. Usa la tua logica per il miglior routing con un uso minimo di ponticelli.

Ho usato una presa IC per il ricevitore RF invece di saldarlo direttamente, perché posso riutilizzarlo in seguito. L'intera scheda è modulare in modo da poterli smontare facilmente se necessario in seguito. Essere modulari è una delle mie passioni.

Passaggio 4: schema del telecomando RF

Questo è un telecomando RF a 4 canali per il rover. Il telecomando è basato su HT12E e HT12D, coppia encoder-decodificatore serie 2^12 di Holtek semiconductor. La comunicazione RF è resa possibile dalla coppia trasmettitore-ricevitore ASK a 433MHz.

L'HT12E è un encoder a 12 bit e fondamentalmente un encoder in ingresso-uscita seriale parallelo. Su 12 bit, 8 bit sono bit di indirizzo che possono essere utilizzati per controllare più ricevitori. I pin A0-A7 sono i pin di input dell'indirizzo. La frequenza dell'oscillatore dovrebbe essere di 3 KHz per il funzionamento a 5 V. Quindi il valore Rosc sarà 1,1 MΩ per 5V. Stiamo facendo causa alla batteria da 9V, e quindi il valore di Rosc è 1 MΩ. Fare riferimento alla scheda tecnica per determinare la frequenza esatta dell'oscillatore e il resistore da utilizzare per un intervallo di tensione specifico. AD0-AD3 sono gli ingressi dei bit di controllo. Questi ingressi controlleranno le uscite D0-D3 del decoder HT12D. È possibile collegare l'uscita dell'HT12E a qualsiasi modulo trasmettitore che accetta dati seriali. In questo caso, colleghiamo l'uscita al pin di ingresso del trasmettitore 433MHz.

Abbiamo quattro motori da comandare a distanza, di cui due collegati in parallelo per azionamento differenziale come visto nello schema a blocchi precedente. Volevo controllare i motori per azionamento differenziale con quattro pulsanti SPST che sono comunemente disponibili. Ma c'è un problema. Non possiamo controllare (o abilitare) più canali dell'encoder HT12E con i soli pulsanti SPST. È qui che entrano in gioco le porte logiche. Un 4069 CMOS NOR e un 4077 NAND formano il driver logico. Ad ogni pressione dei pulsanti, la combinazione logica genera i segnali richiesti su più pin di ingresso dell'encoder (questa era una soluzione intuitiva, piuttosto che qualcosa escogitato dalla sperimentazione, come una "lampadina!"). Le uscite di queste porte logiche sono collegate agli ingressi dell'HT12E e inviate in serie tramite il trasmettitore. Dopo aver ricevuto il segnale, l'HT12D decodificherà il segnale e tirerà di conseguenza i pin di uscita che guideranno quindi l'L298N e i motori.

Passaggio 5: costruzione del controller remoto RF

Ho usato due pezzi di perfboard separati per il telecomando; uno per i pulsanti e uno per il circuito logico. Tutte le schede sono completamente modulari e quindi possono essere staccate senza dissaldare. Il pin dell'antenna del modulo trasmettitore è collegato a un'antenna telescopica esterna recuperata da una vecchia radio. Ma puoi usare un singolo pezzo di filo per questo. Il telecomando utilizza direttamente la batteria da 9 V.

Tutto era stipato in una piccola scatola di plastica che ho trovato nella spazzatura. Non è il modo migliore per creare un telecomando, ma serve allo scopo.

Passaggio 6: dipingere il telecomando

Tutto era imballato all'interno con i pulsanti, l'interruttore DPDT, l'indicatore LED di accensione e l'antenna esposta. Ho praticato alcuni fori vicino al trasmettitore perché ho scoperto che si riscalda un po' dopo un funzionamento prolungato. Quindi i fori forniranno un po' di flusso d'aria.

È stato un errore tagliare il grande foro rettangolare in alto invece dei quattro piccoli. Potrei aver pensato qualcos'altro. Ho usato vernice argento metallizzato per la finitura.

Passaggio 7: costruzione del telaio

Ho usato un vecchio involucro metallico dell'amplificatore come chassis del rover. Aveva dei fori sotto, e doveva allargarne alcuni con un trapano, il che ha reso facile il fissaggio dei morsetti del motore. Devi trovare qualcosa di simile o realizzarne uno usando la lamiera. I morsetti del motore ad angolo retto (o morsetti a L) hanno sei fori per le viti ciascuno. L'intera configurazione non era così robusta in quanto lo spessore del foglio era piccolo, ma sufficiente per contenere tutto il peso delle batterie e tutto il resto. I motori possono essere fissati ai morsetti utilizzando i dadi forniti con i motoriduttori DC. L'albero motore ha un foro filettato per il fissaggio delle ruote.

Ho usato motoriduttori DC 300 RPM con cambio in plastica. I motori con riduttore in plastica (gli ingranaggi sono ancora in metallo) sono più economici dei motoriduttori Johnson. Ma si consumano più velocemente e non hanno così tanta coppia. Ti consiglio di utilizzare motoriduttori Johnson con giri 500 o 600. 300 giri non sono sufficienti per una buona velocità.

Ogni motore deve essere saldato con condensatori ceramici da 100 nF per ridurre le scintille di contatto all'interno dei motori. Ciò garantirà una migliore durata dei motori.

Passaggio 8: verniciatura del telaio

Dipingere è facile con le bombolette spray. Ho usato il nero opaco per l'intero telaio. È necessario pulire il corpo in metallo con carta vetrata e rimuovere eventuali vecchi strati di vernice per una migliore finitura. Applicare due mani per una lunga durata.

Passaggio 9: test e finitura

Ero davvero entusiasta di vedere che tutto funzionava perfettamente la prima volta che l'ho testato. Penso che sia stata la prima volta che è successo qualcosa del genere.

Ho usato una scatola di tiffin per contenere la scheda del driver all'interno. Poiché tutto è modulare, il montaggio è facile. Il filo dell'antenna del ricevitore RF era collegato a un'antenna in filo d'acciaio all'esterno del telaio.

Tutto sembrava fantastico quando assemblato, proprio come mi aspettavo.

Passaggio 10: guardalo in azione

Sopra è quando ho usato il rover per trasportare un modulo GPS + accelerometro per un altro progetto. Sulla scheda superiore ci sono il GPS, l'accelerometro, il ricetrasmettitore RF e un Arduino fatto in casa. Sotto c'è la scheda del driver del motore. Puoi vedere come sono state posizionate le batterie Pb-Acid lì. C'è abbastanza spazio per loro nonostante la scatola tiffin al centro.

Guarda il rover in azione nel video. Il video è un po' traballante mentre l'ho girato con il mio telefono.

Passaggio 11: miglioramenti

Come dico sempre, c'è sempre spazio per migliorare. Quello che ho fatto è solo un rover RC di base. Non è abbastanza potente per trasportare pesi, schivare ostacoli e nemmeno veloce. La portata del controller RF è limitata a circa 100 metri in spazio aperto. Dovresti provare a risolvere tutti questi svantaggi quando ne costruisci uno; non limitarti a replicarlo, a meno che tu non sia limitato dalla disponibilità di parti e strumenti. Ecco alcuni dei miei suggerimenti di miglioramento per te.

• Utilizzare motori con riduttore in metallo Johnson da 500 o 600 giri/min per un migliore equilibrio tra velocità e coppia. Sono davvero potenti e possono erogare fino a 12 Kg di coppia a 12V. Ma avrai bisogno di un driver del motore compatibile e batterie per correnti elevate.
• Utilizzare un microcontrollore per il controllo PWM del motore. In questo modo puoi controllare la velocità del rover. Avrà bisogno di un interruttore dedicato per il controllo della velocità all'estremità del telecomando.
• Utilizzare una coppia trasmettitore e ricevitore radio migliore e più potente per aumentare il raggio d'azione.
• Un robusto telaio probabilmente in alluminio, insieme agli ammortizzatori a molla.
• Una piattaforma robotica rotante per il collegamento di bracci robotici, telecamere e altre cose. Può essere realizzato utilizzando un servo sulla parte superiore del telaio.

Ho intenzione di costruire un rover a 6 ruote con tutte le funzionalità sopra menzionate e da utilizzare come piattaforma rover per scopi generici. Spero che questo progetto ti sia piaciuto e che tu abbia imparato qualcosa. Grazie per aver letto:)