HackerBoxes 0013: Autosport: 12 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

AUTOSPORT: Este mes, HackerBox Hackers están explorando la electrónica automotriz. Este Instructable contiene información para trabajar con HackerBoxes # 0013. Si desea recibir una caja como esta directamente en su buzón cada mes, ¡ahora es el momento de suscribirse en HackerBoxes.com y unirse a la revolución!

Temas y objetivos de aprendizaje para este HackerBox:

• Adaptando NodeMCU para Arduino
• Montaje de un kit de coche 2WD
• Cableado de un NodeMCU para controlar un kit de coche 2WD
• Controlar un NodeMCU a través de WiFi usando Blynk
• Uso de sensores para navegación autónoma
• Trabajar con diagnóstico a bordo automotriz (OBD)

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Paso 1: HackerBoxes 0013: Contenido de la caja

• Tarjeta de referencia coleccionable HackerBoxes # 0013
• Kit de chasis de coche 2WD
• Módulo procesador WiFi NodeMCU
• Escudo de motor para NodeMCU
• Bloque de puentes para protección del motor
• Caja de batería (4 x AA)
• Sensor de rango ultrasónico HC-SR04
• Sensores de reflectividad IR TCRT5000
• Jerséis DuPont mujer-mujer 10cm
• Dos módulos de láser rojo
• Diagnóstico a bordo Mini-ELM327 (OBD)
• Calcomanía de carreras exclusiva de HackerBoxes

Algunas otras cosas que serán útiles:

• Cuatro pilas AA
• Cinta de espuma de doble cara o tiras de velcro
• Cable microUSB
• Teléfono inteligente o tableta
• Computadora con Arduino IDE

Lo más importante es que necesitará sentido de la aventura, espíritu de bricolaje y curiosidad por los piratas informáticos. La electrónica para aficionados no siempre es fácil, pero cuando persiste y disfruta de la aventura, se puede derivar una gran satisfacción de perseverar y hacer que sus proyectos funcionen. Simplemente dé cada paso lentamente, preste atención a los detalles y no dude en pedir ayuda.

Paso 2: Electrónica automotriz y automóviles autónomos

La electrónica automotriz es cualquier sistema electrónico utilizado en vehículos de carretera. Estos incluyen computadoras de automóvil, telemática, sistemas de entretenimiento en el automóvil, etc. La electrónica automotriz se originó a partir de la necesidad de controlar motores. Los primeros se utilizaron para controlar las funciones del motor y se denominaron unidades de control del motor (ECU). A medida que los controles electrónicos comenzaron a usarse para más aplicaciones automotrices, el acrónimo ECU adquirió el significado más general de "unidad de control electrónico", y luego se desarrollaron ECU específicas. Ahora, las ECU son modulares. Dos tipos incluyen módulos de control del motor (ECM) o módulos de control de transmisión (TCM). Un automóvil moderno puede tener hasta 100 ECU.

Los automóviles controlados por radio (automóviles R / C) son automóviles o camiones que se pueden controlar a distancia mediante un transmisor especializado o un control remoto. El término "R / C" se ha utilizado para significar tanto "controlado a distancia" como "controlado por radio", pero el uso común de "R / C" en la actualidad se refiere generalmente a vehículos controlados por un enlace de radiofrecuencia.

Un automóvil autónomo (automóvil sin conductor, automóvil autónomo, automóvil robótico) es un vehículo que es capaz de detectar su entorno y navegar sin intervención humana. Los automóviles autónomos pueden detectar los alrededores utilizando una variedad de técnicas como radar, lidar, GPS, odometría y visión por computadora. Los sistemas de control avanzados interpretan la información sensorial para identificar las rutas de navegación adecuadas, así como los obstáculos y la señalización relevante. Los autos autónomos tienen sistemas de control que son capaces de analizar datos sensoriales para distinguir entre diferentes autos en la carretera, lo cual es muy útil para planificar un camino hacia el destino deseado.

Paso 3: Arduino para NodeMCU

NodeMCU es una plataforma de IoT de código abierto. Incluye firmware que se ejecuta en el SoC Wi-Fi ESP8266 de Espressif Systems y hardware basado en el módulo ESP-12.

El IDE de Arduino ahora se puede ampliar fácilmente para admitir la programación de módulos NodeMCU como si fueran cualquier otra plataforma de desarrollo de Arduino.

Para comenzar, asegúrese de tener instalado el IDE de Arduino (www.arduino.cc), así como los controladores para el chip Serial-USB apropiado en el módulo NodeMCU que está utilizando. Actualmente, la mayoría de los módulos NodeMCU incluyen el chip CH340 Serial-USB. El fabricante de los chips CH340 (WCH.cn) tiene controladores disponibles para todos los sistemas operativos populares. Consulte la página de traducción de Google para su sitio.

Ejecute el IDE de Ardino, vaya a las preferencias y ubique el campo para ingresar "URL adicionales del administrador de la junta"

Pegue esta URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Para instalar Board Manager para ESP8266.

Después de la instalación, cierre el IDE y luego vuelva a iniciarlo.

Ahora conecte el módulo NodeMCU a su computadora usando un cable microUSB (como lo usan la mayoría de los teléfonos móviles y tabletas).

Seleccione el tipo de placa dentro del IDE de Arduino como NodeMCU 1.0

Siempre nos gusta cargar y probar la demostración de parpadeo en una nueva placa Arduino solo para tener la confianza de que todo funciona correctamente. El NodeMCU no es una excepción, pero debe cambiar el pin del LED del pin 13 al pin 16 antes de compilar y cargar. Asegúrese de que esta prueba rápida funcione correctamente antes de pasar a algo más complicado con Arduino NodeMCU.

Aquí hay un instructivo que repasa el proceso de configuración de Arduino NodeMCU con algunos ejemplos de aplicaciones diferentes. Aquí está un poco desviado del objetivo, pero puede ser útil buscar otro punto de vista si se queda atascado.

Paso 4: Kit de chasis de automóvil 2WD

Contenido del kit de chasis de automóvil 2WD:

• Chasis de aluminio (los colores varían)
• Dos motores de CC FM90
• Dos ruedas con neumáticos de goma
• Rueda libre giratoria
• Hardware de montaje
• Accesorios de montaje

Los motores de CC FM90 parecen micro servos porque están construidos en la misma carcasa de plástico que los micro servos comunes, como el FS90, FS90R o SG92R. Sin embargo, el FM90 no es un servo. El FM90 es un motor de CC con un tren de engranajes de plástico.

La velocidad del motor FM90 se controla mediante la modulación de ancho de pulso (PWM) de los cables de alimentación. La dirección se controla intercambiando la polaridad de potencia como con cualquier motor de CC con escobillas. El FM90 puede funcionar con 4-6 voltios CC. Si bien es pequeño, consume suficiente corriente como para que no deba impulsarse directamente desde un pin del microcontrolador. Se debe utilizar un controlador de motor o un puente en H.

Especificaciones del motor de CC FM90:

• Dimensiones: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Recuento de splines: 21
• Peso: 8,4 g
• Velocidad sin carga: 110RPM (4.8v) / 130RPM (6v)
• Corriente de funcionamiento (sin carga): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Par máximo de bloqueo (4.8v): 1.3 kg / cm / 18.09 oz / in
• Par máximo de bloqueo (6v): 1,5 kg / cm / 20,86 oz / in
• Corriente de bloqueo: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Paso 5: chasis del coche: montaje mecánico

El chasis del automóvil se puede ensamblar fácilmente de acuerdo con este diagrama.

Tenga en cuenta que hay dos pequeñas bolsas de hardware. Uno incluye hardware de montaje con seis separadores de latón de 5 mm-M3 junto con tornillos y tuercas correspondientes. Este hardware de montaje puede ser útil en pasos posteriores de montaje de controladores, sensores y otros elementos en el chasis.

Para este paso, usaremos el hardware de ensamblaje que incluye:

• Cuatro pernos delgados M2x8 y pequeñas tuercas a juego para fijar los motores
• Cuatro pernos M3x10 más gruesos y tuercas a juego más grandes para fijar la rueda giratoria
• Dos tornillos PB2.0x8 con rosca gruesa para fijar las ruedas a los motores

Tenga en cuenta que los motores FM90 están orientados de manera que los cables conductores se extienden desde la parte trasera del chasis ensamblado.

Paso 6: Chasis del automóvil: agregue el paquete de energía y el controlador

La placa protectora del motor ESP-12E admite la conexión directa del módulo NodeMCU. El protector del motor incluye un chip controlador de motor push-pull L293DD (hoja de datos). Los cables del motor deben conectarse a los terminales de tornillo A + / A- y B + / B- en el blindaje del motor (después de quitar los conectores). Los cables de la batería deben conectarse a los terminales de tornillo de entrada de la batería.

Si una de las ruedas gira en la dirección incorrecta, los cables del motor correspondiente se pueden intercambiar en los terminales de tornillo, o el bit de dirección se puede invertir en el código (siguiente paso).

Hay un botón de encendido de plástico en el escudo del motor para activar el suministro de entrada de la batería. El bloque de puentes se puede utilizar para enrutar energía al NodeMCU desde el blindaje del motor. Sin el bloque de puentes instalado, el NodeMCU puede alimentarse por sí mismo desde el cable USB. Con el bloque de puentes instalado (como se muestra), la energía de la batería alimenta los motores y también se conduce al módulo NodeMCU.

El protector del motor y el paquete de baterías se pueden montar en el chasis alineando los orificios de los tornillos con las aberturas disponibles en el chasis de aluminio. Sin embargo, nos resulta más fácil pegarlos al chasis con cinta de espuma de doble cara o tiras adhesivas de velcro.

Paso 7: Chasis del automóvil: Programación y control de Wi-Fi

Blynk es una plataforma con aplicaciones iOS y Android para controlar Arduino, Raspberry Pi y otro hardware a través de Internet. Es un tablero digital donde puede crear una interfaz gráfica para su proyecto simplemente arrastrando y soltando widgets. Es realmente simple configurar todo y comenzará a retocar de inmediato. Blynk lo pondrá en línea y lo preparará para el Internet de sus cosas.

El script HBcar.ino Arduino incluido aquí muestra cómo conectar cuatro botones (adelante, atrás, derecha e izquierda) en un proyecto Blynk para controlar los motores en el chasis del automóvil 2WD.

Antes de compilar, es necesario cambiar tres cadenas en el programa:

• SSID Wi-Fi (para su punto de acceso Wi-Fi)
• Contraseña de Wi-Fi (para su punto de acceso Wi-Fi)
• Token de autorización de Blynk (de su proyecto Blynk)

Tenga en cuenta del código de ejemplo que el chip L293DD en el escudo del motor está cableado de la siguiente manera:

• Pin 5 de GPIO para la velocidad del motor A
• Pin 0 de GPIO para la dirección del motor A
• Pin 4 de GPIO para la velocidad del motor B
• Pin 2 de GPIO para la dirección del motor B

Paso 8: Sensores para navegación autónoma: Buscador de rango ultrasónico

El telémetro ultrasónico HC-SR04 (hoja de datos) puede proporcionar mediciones de aproximadamente 2 cm a 400 cm con una precisión de hasta 3 mm. El módulo HC-SR04 incluye un transmisor ultrasónico, un receptor y un circuito de control.

Después de conectar cuatro puentes hembra-hembra a los pines del HC-SR04, envolver un poco de cinta alrededor de los conectores puede ayudar a aislar las conexiones del cortocircuito al chasis de aluminio y también proporcionar una masa flexible para encajar en la ranura en la parte delantera del chasis. el chasis como se muestra.

En este ejemplo, los cuatro pines del HC-SR04 se pueden conectar al blindaje del motor:

• VCC (en HC-SR04) a VIN (en el blindaje del motor)
• Gatillo (en HC-SR04) a D6 (en el blindaje del motor)
• Eco (en HC-SR04) a D7 (en el blindaje del motor)
• GND (en HC-SR04) a GND (en el blindaje del motor)

VIN suministrará aproximadamente 6 V CC al HC-SR04, que solo necesita 5 V. Sin embargo, eso parece funcionar bien. El otro riel de alimentación disponible (3.3V) a veces es adecuado para alimentar el módulo HC-SR04 (ciertamente pruébelo), pero a veces no es suficiente voltaje.

Una vez que esté conectado, pruebe el código de ejemplo NodeMCUping.ino para probar el funcionamiento del HC-SR04. La distancia desde el sensor a cualquier objeto está impresa en el monitor en serie (placa 9600) en centímetros. Obtenga nuestra regla y pruebe la precisión. Impresionante, ¿no?

Ahora que tiene esta pista, intente algo como esto para un vehículo autónomo que evita colisiones:

1. adelante hasta distancia <10cm
2. detener
3. retroceder una pequeña distancia (opcional)
4. girar un ángulo aleatorio (tiempo)
5. bucle al paso 1

Para obtener información general, aquí hay un video tutorial lleno de detalles sobre el uso del módulo HC-SR04.

Paso 9: Sensores para navegación autónoma: reflectividad infrarroja (IR)

El módulo de sensor reflectante de infrarrojos utiliza un TCRT5000 (hoja de datos) para detectar el color y la distancia. El módulo emite luz IR y luego detecta si recibe un reflejo. Gracias a su capacidad para detectar si una superficie es blanca o negra, este sensor se usa a menudo en robots de seguimiento de línea y registro automático de datos en medidores de servicios públicos.

El rango de distancia de medición es de 1 mm a 8 mm, y el punto central es de aproximadamente 2,5 mm. También hay un potenciómetro integrado para ajustar la sensibilidad. El diodo IR emitirá luz IR continuamente cuando el módulo esté conectado a la alimentación. Cuando la luz infrarroja emitida no se refleja, el triodo estará en el estado de apagado provocando que la salida digital (D0) indique una lógica BAJA.

Paso 10: Rayos láser

Estos módulos láser comunes de 5mW 5V se pueden usar para agregar rayos láser rojos a prácticamente cualquier cosa que tenga una potencia de 5V disponible.

Tenga en cuenta que estos módulos pueden dañarse fácilmente, por lo que HackerBox # 0013 incluye un par para proporcionar una copia de seguridad. ¡Tenga cuidado con sus módulos láser!

Paso 11: Diagnóstico a bordo automotriz (OBD)

El diagnóstico a bordo (OBD) es un término automotriz que se refiere a la capacidad de autodiagnóstico y generación de informes de un vehículo. Los sistemas OBD dan al propietario del vehículo o al técnico de reparación acceso al estado de los distintos subsistemas del vehículo. La cantidad de información de diagnóstico disponible a través de OBD ha variado ampliamente desde su introducción a principios de la década de 1980 en las versiones de las computadoras de a bordo de los vehículos. Las primeras versiones de OBD simplemente iluminaban una luz indicadora de mal funcionamiento si se detectaba un problema, pero no proporcionaban ninguna información sobre la naturaleza del problema. Las implementaciones modernas de OBD utilizan un puerto de comunicaciones digitales estandarizado para proporcionar datos en tiempo real, además de una serie estandarizada de códigos de diagnóstico de fallas, o DTC, que permiten identificar rápidamente y solucionar fallas dentro del vehículo.

OBD-II es una mejora tanto en capacidad como en estandarización. El estándar OBD-II especifica el tipo de conector de diagnóstico y su asignación de pines, los protocolos de señalización eléctrica disponibles y el formato de mensajería. También proporciona una lista de candidatos de los parámetros del vehículo para monitorear junto con cómo codificar los datos para cada uno. Hay un pin en el conector que proporciona energía a la herramienta de escaneo desde la batería del vehículo, lo que elimina la necesidad de conectar una herramienta de escaneo a una fuente de energía por separado. Los códigos de diagnóstico de problemas OBD-II son de 4 dígitos, precedidos por una letra: P para motor y transmisión (tren motriz), B para carrocería, C para chasis y U para red. Los fabricantes también pueden agregar parámetros de datos personalizados a su implementación específica de OBD-II, incluidas solicitudes de datos en tiempo real y códigos de problemas.

El ELM327 es un microcontrolador programado para interactuar con la interfaz de diagnóstico a bordo (OBD) que se encuentra en la mayoría de los automóviles modernos. El protocolo de comando ELM327 es uno de los estándares de interfaz de PC a OBD más populares y también lo implementan otros proveedores. El ELM327 original se implementa en el microcontrolador PIC18F2480 de Microchip Technology. El ELM327 abstrae el protocolo de bajo nivel y presenta una interfaz simple que se puede llamar a través de un UART, generalmente mediante una herramienta de diagnóstico portátil o un programa de computadora conectado por USB, RS-232, Bluetooth o Wi-Fi. La función de dicho software puede incluir instrumentación adicional del vehículo, informe de códigos de error y borrado de códigos de error.

Si bien Torque es probablemente la más conocida, hay muchas aplicaciones que se pueden usar con ELM327.

Paso 12: Hackear el planeta

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