RC Geländewagen mit vier Rädern - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56

Dies ist ein "Monolith auf Rädern" (Danke an Stanley Kubrick:D)

Es war einer meiner Träume, einen ferngesteuerten Ground Rover zu bauen, seit ich anfing, an Elektronik zu basteln, denn drahtlose Dinge haben mich schon immer fasziniert. Ich hatte nicht genug Zeit und Geld, um einen zu bauen, bis ich mein College-Projekt hatte. Also baute ich einen vierrädrigen Rover für mein Projekt im letzten Jahr. In diesem anweisbaren werde ich erklären, wie ich das Gehäuse eines alten Verstärkers verwendet habe, um den Rover von Grund auf neu zu bauen und wie man den Funkcontroller herstellt.

Dies ist ein Geländerover mit vier Rädern und vier separaten Antriebsmotoren. Die Motortreiberschaltung basiert auf L298N und die HF-Steuerung basiert auf dem HT12E- und HT12D-Paar von Holtek Semiconductor. Es verwendet weder Arduino noch andere Mikrocontroller. Die von mir erstellte Version verwendet ein billiges 433 MHz ISM-Band ASK-Sender- und -Empfängerpaar für den drahtlosen Betrieb. Der Rover wird über vier Drucktasten gesteuert und die verwendete Fahrmethode ist der Differentialantrieb. Der Controller hat eine Reichweite von ca. 100 m im freien Raum. Beginnen wir jetzt mit dem Bauen.

(Alle Bilder sind in hoher Auflösung. Öffnen Sie sie in einem neuen Tab für hohe Auflösung.)

Schritt 1: Erforderliche Teile und Werkzeuge

• 4 x 10 cm x 4 cm Räder mit 6 mm Löchern (oder solche, die mit Ihren Motoren kompatibel sind)
• 4 x 12V, 300 oder 500 U/min Getriebemotoren mit 6 mm Welle
• 1 x Metallgehäuse geeigneter Größe (ich habe ein altes Metallgehäuse wiederverwendet)
• 4 x L-förmige Motorklemmen
• 2 x 6V 5Ah, Blei-Säure-Batterien
• 1 x 9V Batterie
• 1 x L298N Motortreiberplatine oder blanker IC
• 1 x 433 MHz Sender
• 2 x 433 MHz Empfänger (kompatibel)
• 4 x 12 mm Druckknöpfe
• 1 x DC Barrel Jack
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad-XNOR-Gate-IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF Elektrolytkondensatoren
• 7 x 100nF Keramikkondensatoren
• 4 x 470R-Widerstände
• 1 x 51K Widerstand (wichtig)
• 1 x 680R Widerstand
• 1 x 1M Widerstand (wichtig)
• 1 x 7805 oder LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2-polige Schraubklemmen
• 1 x SPDT Wippschalter
• 1 x Mattschwarze Farbe
• LEDs, Drähte, gängige Leiterplatten, IC-Sockel, Schalter, Bohrer, Dremel, Sandpapier und andere Werkzeuge

Teile wie Motoren, Räder, Klemmen usw. können nach Ihren Anforderungen ausgewählt werden.

Schritt 2: Motortreiber-Schema

Der HT12D ist ein 12-Bit-Decoder, der ein serieller Input-Parallel-Output-Decoder ist. Der Eingangspin des HT12D wird mit einem Empfänger verbunden, der über einen seriellen Ausgang verfügt. Von den 12 Bits sind 8 Bits Adressbits und das HT12D dekodiert die Eingabe nur dann, wenn die eingehenden Daten mit ihrer aktuellen Adresse übereinstimmen. Dies ist sinnvoll, wenn Sie viele Geräte auf der gleichen Frequenz betreiben möchten. Sie können einen 8-poligen DIP-Schalter zum Einstellen des Adresswerts verwenden. Ich habe sie aber direkt auf GND gelötet, was die Adresse 00000000 ergibt. Der HT12D wird hier mit 5V betrieben und der Rosc-Wert beträgt 51 KΩ. Der Wert des Widerstands ist wichtig, da eine Änderung zu Problemen bei der Dekodierung führen kann.

Der Ausgang des 433MHz Empfängers ist mit dem Eingang des HT12D verbunden und die vier Ausgänge sind mit dem L298 2A Dual H-Brückentreiber verbunden. Der Treiber benötigt einen Kühlkörper für die richtige Wärmeableitung, da er sehr heiß werden kann.

Wenn ich die linke Taste auf der Fernbedienung drücke, möchte ich, dass M1 und M2 in eine entgegengesetzte Richtung zu der von M3 und M4 laufen und umgekehrt für den Rechtsbetrieb. Für den Vorwärtsbetrieb müssen alle Motoren in die gleiche Richtung laufen. Dies wird als Differentialantrieb bezeichnet und wird in Kampfpanzern verwendet. Daher brauchen wir nicht nur einen Pin zur Steuerung, sondern vier gleichzeitig. Dies kann nicht durch SPST-Taster erreicht werden, die ich habe, es sei denn, Sie haben einige SPDT-Schalter oder einen Joystick. Sie werden dies verstehen, wenn Sie sich die oben gezeigte Logiktabelle ansehen. Senderseitig wird im nächsten Schritt die erforderliche Logik erreicht.

Das gesamte Setup wird von zwei 6V, 5Ah Blei-Säure-Batterien in Reihenschaltung betrieben. Auf diese Weise haben wir viel Platz, um die Batterien im Chassis zu platzieren. Aber es ist besser, wenn Sie Li-Po-Akkus im Bereich von 12 V finden. Eine DC-Barrel-Buchse wird verwendet, um die Pb-Säure-Batterien an ein externes Ladegerät anzuschließen. 5V für HT12D werden mit einem 7805-Regler erzeugt.

Schritt 3: Aufbau des Motortreibers

Ich habe ein Perfboard zum Löten aller Komponenten verwendet. Platzieren Sie die Komponenten zunächst so, dass sie ohne viele Jumper einfacher zu löten sind. Dies ist eine Frage der Erfahrung. Sobald die Platzierung zufriedenstellend ist, löten Sie die Beine und schneiden Sie die überschüssigen Teile ab. Jetzt ist es Zeit für das Routing. Möglicherweise haben Sie die Auto-Router-Funktion in vielen PCB-Design-Softwares verwendet. Sie sind der Router hier. Verwenden Sie Ihre Logik für bestes Routing mit minimalem Einsatz von Jumpern.

Ich habe einen IC-Sockel für den HF-Empfänger verwendet, anstatt ihn direkt zu verlöten, da ich ihn später wiederverwenden kann. Die ganze Platine ist modular aufgebaut, so dass ich sie bei Bedarf später leicht demontieren kann. Modular zu sein ist eine meiner Vorlieben.

Schritt 4: Schaltplan der RF-Fernbedienung

Dies ist eine 4-Kanal-HF-Fernbedienung für den Rover. Die Fernbedienung basiert auf HT12E und HT12D, einem 2^12-Encoder-Decoder-Paar von Holtek Semiconductor. Die HF-Kommunikation wird durch ein 433MHz ASK Sender-Empfänger-Paar ermöglicht.

Der HT12E ist ein 12-Bit-Encoder und im Grunde ein Encoder mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Von den 12 Bits sind 8 Bits Adressbits, die zum Steuern mehrerer Empfänger verwendet werden können. Die Pins A0-A7 sind die Adresseingangspins. Die Oszillatorfrequenz sollte für 5V-Betrieb 3 KHz betragen. Dann beträgt der Rosc-Wert 1,1 MΩ für 5V. Wir verwenden eine 9-V-Batterie und daher beträgt der Rosc-Wert 1 MΩ. Beziehen Sie sich auf das Datenblatt, um die genaue Oszillatorfrequenz und den für einen bestimmten Spannungsbereich zu verwendenden Widerstand zu bestimmen. AD0-AD3 sind die Steuerbiteingänge. Diese Eingänge steuern die D0-D3-Ausgänge des HT12D-Decoders. Sie können den Ausgang des HT12E mit jedem Sendermodul verbinden, das serielle Daten akzeptiert. In diesem Fall verbinden wir den Ausgang mit dem Eingangspin des 433MHz Senders.

Wir haben vier Motoren zur Fernsteuerung, von denen jeweils zwei für den Differentialantrieb parallel geschaltet sind, wie im vorherigen Blockschaltbild zu sehen. Ich wollte die Motoren für den Differentialantrieb mit vier handelsüblichen SPST-Tastern steuern. Aber es gibt ein Problem. Wir können nicht mehrere Kanäle des HT12E-Encoders mit nur SPST-Tasten steuern (oder aktivieren). Hier kommen die Logikgatter ins Spiel. Ein 4069 CMOS NOR und ein 4077 NAND bilden den Logiktreiber. Bei jedem Tastendruck generiert die logische Kombination die erforderlichen Signale an mehreren Eingangspins des Encoders (dies war eine intuitive Lösung und keine experimentelle Vorrichtung wie eine "Glühbirne!"). Die Ausgänge dieser Logikgatter werden mit den Eingängen des HT12E verbunden und seriell über den Sender gesendet. Beim Empfang des Signals dekodiert der HT12D das Signal und zieht die Ausgangspins entsprechend, was dann den L298N und die Motoren antreibt.

Schritt 5: Aufbau der RF-Fernbedienung

Ich habe zwei separate Perfboard-Stücke für die Fernbedienung verwendet; einen für die Tasten und einen für die Logikschaltung. Alle Boards sind vollständig modular und können daher ohne Entlöten abgenommen werden. Der Antennenstift des Sendermoduls ist mit einer aus einem alten Radio geborgenen externen Teleskopantenne verbunden. Aber Sie können ein einzelnes Stück Draht dafür verwenden. Die Fernbedienung verwendet direkt eine 9-V-Batterie.

Alles war in eine kleine Plastikkiste gestopft, die ich in der Junk-Box gefunden habe. Nicht die beste Art, eine Fernbedienung herzustellen, aber sie erfüllt ihren Zweck.

Schritt 6: Lackieren der Fernbedienung

Alles war mit den Drucktasten, dem DPDT-Schalter, der Betriebsanzeige-LED und der freigelegten Antenne verpackt. Ich habe ein paar Löcher in der Nähe des Senders gebohrt, weil ich festgestellt habe, dass er sich nach längerem Betrieb etwas erwärmt. So sorgen die Löcher für einen gewissen Luftstrom.

Es war ein Fehler, das große rechteckige Loch oben anstelle der kleinen vier zu schneiden. Ich habe vielleicht etwas anderes gedacht. Ich habe Metallic-Silber-Lack für das Finish verwendet.

Schritt 7: Aufbau des Chassis

Als Chassis des Rovers habe ich ein altes Verstärkermetallgehäuse verwendet. Es hatte Löcher darunter und musste einige von ihnen mit einem Bohrer aufweiten, was das Befestigen der Motorklemmen einfach machte. Sie müssen etwas Ähnliches finden oder aus Blech herstellen. Die rechtwinkligen Motorklemmen (oder L-Klemmen) haben jeweils sechs Schraublöcher. Der gesamte Aufbau war nicht so robust, da die Blechdicke gering war, aber genug, um das gesamte Gewicht der Batterien und alle zu halten. Die Motoren können mit den bei den DC-Getriebemotoren mitgelieferten Muttern an den Klemmen befestigt werden. Die Motorwelle hat ein Gewindeloch zur Befestigung der Räder.

Ich habe 300 U/min DC-Getriebemotoren mit Kunststoffgetriebe verwendet. Kunststoffgetriebemotoren (Zahnräder sind immer noch aus Metall) sind billiger als Johnson-Getriebemotoren. Aber sie verschleißen schneller und haben nicht so viel Drehmoment. Ich schlage vor, Johnson-Getriebemotoren mit 500 oder 600 Umdrehungen pro Minute zu verwenden. 300 Umdrehungen pro Minute reichen nicht für eine gute Geschwindigkeit.

Jeder Motor muss mit 100 nF Keramikkondensatoren gelötet werden, um Kontaktfunken im Inneren des Motors zu reduzieren. Das sorgt für eine bessere Lebensdauer der Motoren.

Schritt 8: Lackieren des Chassis

Mit Sprühdosen ist das Lackieren ganz einfach. Ich habe für das gesamte Chassis mattes Schwarz verwendet. Sie müssen den Metallkörper mit Sandpapier reinigen und alle alten Farbschichten für ein besseres Finish entfernen. Für eine lange Lebensdauer zwei Schichten auftragen.

Schritt 9: Testen und Fertigstellen

Ich war wirklich aufgeregt zu sehen, dass beim ersten Test alles einwandfrei funktionierte. Ich glaube, das war das erste Mal, dass so etwas passiert ist.

Ich benutzte eine Tiffin-Box, um die Treiberplatine im Inneren zu halten. Da alles modular aufgebaut ist, ist der Zusammenbau einfach. Der Antennendraht des HF-Empfängers wurde mit einer Stahldrahtantenne außerhalb des Chassis verbunden.

Zusammengebaut sah alles super aus, so wie ich es erwartet hatte.

Schritt 10: Sehen Sie es in Aktion

Oben habe ich den Rover verwendet, um ein GPS + Accelerometer-Modul für ein anderes Projekt zu tragen. Auf der oberen Platine befinden sich das GPS, der Beschleunigungsmesser, der HF-Transceiver und ein selbstgebauter Arduino. Darunter befindet sich die Motortreiberplatine. Sie können sehen, wie die Pb-Säure-Batterien dort platziert wurden. Dort ist trotz der Tiffin-Box in der Mitte genug Platz für sie.

Sehen Sie den Rover in Aktion im Video. Das Video ist etwas wackelig, da ich es mit meinem Handy aufgenommen habe.

Schritt 11: Verbesserungen

Wie ich immer sage, es gibt immer Raum für Verbesserungen. Was ich gemacht habe, ist nur ein einfacher RC-Rover. Es ist nicht stark genug, um Gewichte zu tragen, Hindernissen auszuweichen und auch nicht schnell. Die Reichweite des HF-Controllers ist auf rund 100 Meter im freien Raum begrenzt. Sie sollten versuchen, all diese Nachteile zu beheben, wenn Sie eines erstellen. Replizieren Sie es nicht einfach, es sei denn, Sie sind durch die Verfügbarkeit von Teilen und Werkzeugen eingeschränkt. Hier sind einige meiner Verbesserungsvorschläge für Sie.

• Verwenden Sie Johnson-Metallgetriebemotoren mit 500 oder 600 U/min für eine bessere Drehzahl-Drehmoment-Balance. Sie sind wirklich leistungsstark und können bis zu 12 kg Drehmoment bei 12 V abgeben. Sie benötigen jedoch einen kompatiblen Motortreiber und Batterien für hohe Ströme.
• Verwenden Sie einen Mikrocontroller zur PWM-Steuerung des Motors. Auf diese Weise können Sie die Geschwindigkeit des Rovers steuern. Benötigt einen speziellen Schalter für die Geschwindigkeitssteuerung am Ende der Fernbedienung.
• Verwenden Sie ein besseres und leistungsfähigeres Funksender- und -empfängerpaar, um die Reichweite zu erhöhen.
• Ein starkes Chassis wahrscheinlich aus Aluminium, zusammen mit Federstoßdämpfern.
• Eine rotierende Roboterplattform zum Anbringen von Roboterarmen, Kameras und anderen Dingen. Kann mit einem Servo auf der Oberseite des Chassis hergestellt werden.

Ich plane, einen 6-Rad-Rover mit allen oben genannten Funktionen zu bauen und als universelle Rover-Plattform zu verwenden. Ich hoffe, Ihnen hat dieses Projekt gefallen und Sie haben etwas gelernt. Danke fürs Lesen:)