Coche RC reciclado: 23 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Los coches RC siempre han sido una fuente de emoción para mí. Son rápidos, divertidos y no tienes que preocuparte si los chocas. Sin embargo, como un entusiasta de RC mayor y más maduro, no se me puede ver jugando con un pequeño coche RC para niños. Tengo que tener unos grandes, del tamaño de un hombre. Aquí es donde surge un problema: los coches RC para adultos son caros. Mientras navegaba en línea, lo más barato que pude encontrar costaba $ 320, el promedio es de alrededor de $ 800. ¡Mi computadora es más barata que estos juguetes!

Sabiendo que no puedo pagar estos juguetes, el fabricante que hay en mí dijo que podía fabricar un automóvil por una décima parte del precio. Por lo tanto, comencé mi viaje para convertir la basura en oro.

Suministros

Las piezas necesarias para el coche RC son las siguientes:

• Coche RC usado
• Controlador de motor L293D (forma DIP)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Módulo de radio
• Batería RC Drone (o cualquier otra batería de alta corriente)
• Convertidores reductores LM2596 (2)
• Alambres
• Perfboard
• Componentes pequeños y diversos (pines de cabezal, terminales de tornillo, condensadores, etc.)

Las piezas necesarias para el controlador RC son las siguientes:

• Controlador usado (debe tener 2 joysticks analógicos)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Módulo de radio
• Cables electricos

Paso 1: Tesoro reciclado

Este proyecto comenzó originalmente hace aproximadamente un año cuando mis amigos y yo planeamos hacer un automóvil manejado por computadora para un proyecto de hackathon (competencia de codificación). Mi plan era ir a una tienda de segunda mano, comprar el auto RC más grande que pude encontrar, destripar el interior y reemplazarlo por un ESP32.

En una crisis de tiempo, corrí hacia Savers, compré un auto RC y me preparé para el hackathon. Lamentablemente, muchas de las piezas que necesitaba no llegaron a tiempo, por lo que tuve que desechar el proyecto por completo.

Desde entonces, el coche RC ha estado acumulando polvo debajo de mi cama, hasta ahora …

Vista rápida:

En este proyecto, reutilizaré un coche de juguete usado y un controlador de infrarrojos para crear el coche RC reciclado. Destriparé el interior, implantaré Arduino Nano y usaré el módulo de radio NRF24L01 + para comunicarme entre los dos.

Paso 2: teoría

Comprender cómo funciona algo es más importante que saber cómo hacer que funcione

- Kevin Yang 17/5/2020 (Acabo de inventar esto)

Dicho esto, comencemos a hablar sobre la teoría y la electrónica detrás del automóvil RC reciclado.

En el lado del automóvil, usaremos un NRF24L01 +, un Arduino Nano, un controlador de motor L293D, los motores del automóvil RC y dos convertidores buck. Un convertidor reductor suministrará el voltaje de conducción para el motor, mientras que el otro suministrará 5 V para el Arduino Nano.

En el lado del controlador, usaremos un NRF24L01 +, un Arduino Nano y los joysticks analógicos en el controlador reutilizado.

Paso 3: el NRF24L01 +

Antes de comenzar, probablemente debería explicar el elefante en la habitación: el NRF24L01 +. Si aún no está familiarizado con el nombre, el NRF24 es un chip producido por Nordic Semiconductors. Es bastante popular en la comunidad de creadores para la comunicación por radio debido a su bajo precio, tamaño pequeño y documentación bien escrita.

Entonces, ¿cómo funciona realmente el módulo NRF? Bueno, para empezar, el NRF24L01 + funciona en la frecuencia de 2,4 GHz. Esta es la misma frecuencia en la que operan Bluetooth y Wifi (¡con ligeras variaciones!). El chip se comunica entre un Arduino usando SPI, un protocolo de comunicación de cuatro pines. Para energía, el NRF24 usa 3.3V pero los pines también son tolerantes a 5V. Esto nos permite usar un Arduino Nano, que usa lógica de 5V, con el NRF24, que usa lógica de 3.3V. Algunas otras características son las siguientes.

Características notables:

• Funciona con un ancho de banda de 2,4 GHz
• Rango de voltaje de suministro: 1,6 - 3,6 V
• Tolerante a 5V
• Utiliza comunicación SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Ocupa 5 pines (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (¡Muy importante en este proyecto!)
• Modo de sueño
• Consume 900nA - 12mA
• Rango de transmisión: ~ 100 metros (variará según la ubicación geográfica)
• Costo: $ 1.20 por módulo (Amazon)

Si desea obtener más información sobre el NRF24L01 +, consulte la sección de lecturas adicionales al final

Paso 4: El L293D - Controlador de motor de doble puente H

Aunque el Arduino Nano puede suministrar suficiente corriente para alimentar un LED, no hay forma de que el Nano pueda alimentar un motor por sí mismo. Por tanto, debemos utilizar un controlador especial para controlar el motor. Además de poder suministrar la corriente, el chip del controlador también protegerá al Arduino de cualquier pico de voltaje que surja al encender y apagar el motor.

Inserte el L293D, un controlador de motor de medio puente H cuádruple, o en términos simples, un chip que puede impulsar dos motores hacia adelante y hacia atrás.

El L293D se basa en H-Bridges para controlar tanto la velocidad de un motor como la dirección. Otra característica es el aislamiento de la fuente de alimentación, que permite que Arduino funcione con una fuente de alimentación separada de los motores.

Paso 5: Destripar el coche

¡Suficiente teoría y comencemos a construir!

Dado que el automóvil RC no viene con un controlador (recuerde que es de una tienda de segunda mano), los componentes electrónicos internos son básicamente inútiles. Por lo tanto, abrí el auto RC y tiré la placa del controlador en mi papelera.

Ahora es importante tomar algunas notas antes de comenzar. Una cosa a tener en cuenta es la tensión de alimentación del coche RC. El coche que compré es muy antiguo, mucho antes de que las baterías de litio se generalizaran. Esto significa que este coche RC se alimentó con una batería de Ni-Mh con un voltaje nominal de 9,6 voltios. Esto es importante ya que será el voltaje al que impulsaremos los motores.

Paso 6: ¿Cómo funciona el automóvil?

Puedo decir con un 99% de certeza que mi automóvil no es el mismo que el suyo, lo que significa que esta sección es esencialmente inútil. Sin embargo, es importante señalar algunas características que tiene mi automóvil porque basaré mi diseño en eso.

Direccion

A diferencia de los autos RC modernos, el auto que estoy modificando no usa un servo para girar. En cambio, mi automóvil usa un motor y resortes cepillados básicos. Esto tiene muchos inconvenientes, especialmente porque no tengo la capacidad de hacer giros finos. Sin embargo, un beneficio inmediato es que no necesito ninguna interfaz de control complicada para girar. Todo lo que necesito hacer es energizar el motor con una cierta polaridad (dependiendo de en qué dirección quiera girar).

Eje diferencial

Sorprendentemente, mi coche RC también contiene un eje diferencial y dos modos de marcha diferentes. Esto es bastante divertido ya que los diferenciales generalmente se encuentran en autos de la vida real, no en pequeños RC. Pensaría que antes de que este automóvil estuviera en los estantes de una tienda de segunda mano, era un modelo RC de alta gama.

Paso 7: la cuestión del poder

Con las características fuera del camino, ahora tenemos que hablar sobre la parte más importante de esta construcción: ¿Cómo vamos a impulsar el auto RC? Y para ser más específicos: ¿cuánta corriente se necesita para impulsar los motores?

Para responder a esto, conecté una batería de dron a un convertidor reductor, donde dejé caer los 11 V de la batería a los 9,6 V de los motores. A partir de ahí, configuré el multímetro en el modo de corriente de 10 A y completé el circuito. Mi medidor leyó que los motores necesitaban 300 mA de corriente para girar al aire libre.

Si bien esto puede no parecer mucho, la medida que realmente nos importa es la corriente de bloqueo de los motores. Para medir esto, coloco mis manos sobre las ruedas para evitar que giren. Cuando miré mi medidor, mostraba un 1A sólido.

Sabiendo que los motores de accionamiento consumirán aproximadamente un amperio, procedí a probar los motores de dirección que consumían 500 mA cuando se paraban. Con este conocimiento, llegué a la conclusión de que puedo alimentar todo el sistema con una batería de drones RC y dos convertidores buck LM2596 *.

* ¿Por qué controladores de dos dólares? Bueno, cada LM2596 tiene una corriente máxima de 3A. Si apago todo de un convertidor reductor, iba a consumir mucha corriente y, por lo tanto, tendría picos de voltaje bastante grandes. Por diseño, la fuerza Arduino Nano descansa cada vez que hay un gran pico de voltaje. Por lo tanto, utilicé dos convertidores para aligerar la carga y mantener el Nano aislado de los motores.

Un último componente importante que necesitamos es un probador de voltaje de celda de Li-Po. El propósito de hacer esto es proteger la batería de una descarga excesiva para evitar arruinar la vida útil de la batería (¡mantenga siempre el voltaje de la celda de una batería de litio por encima de 3,5 V!)

Paso 8: circuito de coche RC

Con el problema de energía resuelto, ahora podemos construir el circuito. Arriba está el esquema que hice para el auto RC.

Tenga en cuenta que no incluí la conexión del voltímetro de la batería. Para usar el voltímetro, todo lo que necesita hacer es conectar el conector de balance a los pines respectivos del voltímetro. Si nunca ha hecho esto antes, haga clic en el video vinculado en la sección Lecturas adicionales para obtener más información.

Notas sobre el circuito

Los pines de habilitación (1, 9) en el L293D requieren una señal PWM para tener velocidad variable. Eso significa que solo se pueden conectar unos pocos pines en el Arduino Nano. Para los otros pines del L293D, todo vale.

Dado que el NRF24L01 + se comunica a través de SPI, debemos conectar sus pines SPI a los pines SPI en el Arduino Nano (así que conecte MOSI -> MOSI, MISO -> MISO y SCK -> SCK). También es importante notar que conecté el pin IRQ del NRF24 al pin 2 del Arduino Nano. Esto se debe a que el pin IRQ pasa a BAJO cada vez que el NR24 recibe un mensaje. Sabiendo esto, puedo activar una interrupción para decirle al Nano que lea la radio. Esto le permite al Nano hacer otras cosas mientras espera nuevos datos.

Paso 9: PCB

Como quiero hacer de esto un diseño modular, creé una PCB usando una placa perf y muchos pines de encabezado.

Paso 10: Conexiones finales

Con el PCB hecho y el coche RC destripado, utilicé cables de cocodrilo para probar si todo funcionaba.

Después de probar que todas las conexiones son correctas, sustituí los cables de cocodrilo por cables reales y sujeté todos los componentes al chasis.

En este punto, es posible que se haya dado cuenta de que este artículo no es una guía paso a paso. Esto se debe a que es simplemente imposible escribir todos y cada uno de los pasos, por lo que en su lugar, los siguientes pasos de Instructables serán compartir algunos consejos que aprendí mientras fabricaba el automóvil.

Paso 11: Consejo 1: Colocación del módulo de radio

Para aumentar el alcance del automóvil RC, coloqué el módulo de radio NRF lo más al costado posible. Esto se debe a que las ondas de radio se reflejan en metales como PCB y cables, lo que reduce el rango. Para resolver esto, coloqué el módulo en el mismo lado de la PCB y corté una hendidura en la carcasa del automóvil para permitir que sobresalga.

Paso 12: Consejo 2: ¡Mantenlo modular

Otra cosa que hice que me salvó varias veces es conectar todo a través de pines de cabecera y bloques de terminales. Esto permite un fácil intercambio de piezas si uno de los componentes se fríe (por cualquier motivo…).

Paso 13: Consejo 3: ¡Utilice disipadores de calor

Los motores de mi coche RC están llevando al L293D al límite. Si bien el controlador del motor puede manejar hasta 600 mA continuamente, ¡también significa que se calienta mucho y rápidamente! Por eso es una buena idea agregar un poco de pasta térmica y disipadores de calor para evitar que el L293D se cocine solo. Sin embargo, incluso con los disipadores de calor, el chip puede calentarse demasiado para tocarlo. Por eso es una buena idea dejar que el automóvil se enfríe después de 2-3 minutos de juego.

Paso 14: ¡Hora del controlador RC

Con el auto RC hecho, podemos comenzar a hacer el controlador.

Al igual que el coche RC, también compré el mando hace un tiempo pensando que podía hacer algo con él. Irónicamente, el controlador es en realidad uno de infrarrojos, por lo que utiliza LED de infrarrojos para comunicarse entre dispositivos.

La idea básica con esta compilación es mantener la placa original dentro del controlador y construir Arduino y NRF24L01 + a su alrededor.

Paso 15: Conceptos básicos del joystick analógico

La conexión a un joystick analógico puede resultar abrumadora, especialmente porque no hay una placa de conexión para los pines. ¡No preocupación! Todos los joysticks analógicos funcionan con el mismo principio rector y, por lo general, tienen el mismo pinout.

Esencialmente, los joysticks analógicos son solo dos potenciómetros que cambian la resistencia cuando se mueven en diferentes direcciones. Por ejemplo, cuando mueve el joystick hacia la derecha, el potenciómetro del eje x cambia de valor. Ahora, cuando mueve el joystick hacia adelante, el potenciómetro del eje y cambia de valor.

Con esto en mente, si miramos la parte inferior del joystick analógico, vemos 6 pines, 3 para el potenciómetro del eje x y 3 para el potenciómetro del eje y. Todo lo que necesita hacer es conectar 5V y tierra a los pines exteriores y conectar el pin del medio a una entrada analógica en el Arduino.

Tenga en cuenta que los valores del potenciómetro se asignarán a 1024 y no a 512. Esto significa que tenemos que usar la función incorporada map () en Arduino para controlar cualquier salida digital (como la señal PWM que estamos usando para controlar el L293D). Esto ya está hecho en el código, pero si planea escribir su propio programa, debe tenerlo en cuenta.

Paso 16: Conexiones del controlador

Las conexiones entre el NRF24 y el Nano siguen siendo las mismas para el controlador, pero menos la conexión IRQ.

El circuito del controlador se muestra arriba.

Modificar un controlador es definitivamente una forma de arte. Ya he señalado este punto en innumerables ocasiones, pero simplemente no es posible escribir un tutorial paso a paso sobre cómo hacerlo. Por lo tanto, como hice antes, daré algunos consejos sobre lo que aprendí mientras hacía mi controlador.

Paso 17: Consejo 1: ¡Utilice las piezas que tenga a su disposición

El espacio es realmente reducido en el controlador, por lo tanto, si desea incluir otras entradas para el automóvil, use los interruptores y perillas que ya están allí. Para mi controlador, también conecté un potenciómetro y un interruptor de 3 vías al Nano.

Otra cosa a tener en cuenta es que este es tu controlador. Si los pines no se adaptan a sus preferencias, ¡siempre puede reorganizarlos!

Paso 18: Consejo 2: Elimine los rastros innecesarios

Dado que estamos usando la placa original, debe eliminar todos los rastros que van a los joysticks analógicos y a cualquier otro sensor que esté usando. Al hacerlo, evita la posibilidad de que suceda un comportamiento inesperado del sensor.

Para hacer estos cortes, simplemente utilicé un cortador de cajas y marqué el PCB varias veces para separar realmente los rastros.

Paso 19: Consejo 3: mantenga los cables lo más cortos posible

Este consejo se refiere específicamente a las líneas SPI entre Arduino y el módulo NRF24, pero esto también es válido para las otras conexiones. El NRF24L01 + es extremadamente sensible a las interferencias, por lo que si los cables captan algún ruido, dañará los datos. Este es uno de los principales inconvenientes de la comunicación SPI. Del mismo modo, al mantener los cables lo más cortos posible, también hace que todo el controlador esté más limpio y organizado.

Paso 20: Consejo 4: ¡Colocación! ¡Colocación! ¡Colocación

Además de mantener los cables lo más cortos posible, esto también significa mantener la distancia entre las partes lo más corta posible.

Cuando busque lugares para montar el NRF24 y el Arduino, recuerde mantenerlos lo más cerca posible entre sí y con los joysticks.

Otra cosa a tener en cuenta es dónde colocar el módulo NRF24. Como se dijo anteriormente, las ondas de radio no pueden atravesar el metal, por lo tanto, debe montar el módulo cerca del costado del controlador. Para hacer esto, corté una pequeña hendidura con una Dremel para dejar que el NRF24 sobresaliera por el costado.

Paso 21: Código

Probablemente la parte más importante de esta compilación es el código real. He incluido comentarios y todo, así que no explicaré cada programa línea por línea.

Dicho esto, algunas cosas importantes que quiero señalar es que necesitará descargar la biblioteca NRF24 para ejecutar los programas. Si aún no tiene las bibliotecas instaladas, le sugiero que consulte los tutoriales vinculados en la sección Lecturas adicionales para aprender cómo. Además, al enviar señales al L293D, nunca encienda los pines de dirección. Esto provocará un cortocircuito en el controlador del motor y hará que se queme.

Github-

Paso 22: Producto final

Finalmente, después de un año de recolectar polvo y 3 semanas de trabajo manual, finalmente terminé de hacer el auto RC reciclado. Si bien debo admitir que en ningún lugar es tan poderoso como los autos que se ven en la introducción, salió mucho mejor de lo que pensaba. El automóvil puede conducir durante 40 minutos antes de quedarse sin energía y puede alejarse hasta 150 m del controlador.

Algunas cosas que definitivamente haría para mejorar el automóvil es cambiar el L293D por el L298, un controlador de motor más grande y potente. Otra cosa que haría es cambiar el módulo de radio NRF predeterminado por la versión de antena amplificada. Estas modificaciones aumentarían el par motor y la autonomía del coche respectivamente.

Paso 23: Lecturas adicionales:

NRF24L01 +

• Hoja de datos de Nordic Semiconductor
• Comunicación SPI (artículo)
• Configuración básica (video)
• Tutorial detallado (artículo)
• Consejos y trucos avanzados (serie de vídeos)

L293D

• Hoja de datos de Texas Instruments
• Tutorial detallado (artículo)