Upcycled RC Car: 23 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-13 06:58

Những chiếc xe RC luôn là một nguồn hứng khởi đối với tôi. Chúng nhanh chóng, vui nhộn và bạn không phải lo lắng nếu bạn làm hỏng chúng. Tuy nhiên, là một người lớn hơn, trưởng thành hơn, đam mê RC, tôi không thể thấy tôi đang chơi đùa với những chiếc xe RC nhỏ, trẻ em. Tôi phải có những con lớn, có kích thước như con người. Đây là nơi nảy sinh một vấn đề: những chiếc xe RC dành cho người lớn rất đắt tiền. Trong khi duyệt trực tuyến, giá rẻ nhất mà tôi có thể tìm thấy có giá 320 đô la, mức trung bình là khoảng 800 đô la. Máy tính của tôi rẻ hơn những món đồ chơi này!

Biết rằng tôi không đủ khả năng mua những món đồ chơi này, nhà sản xuất cho biết tôi có thể tạo ra một chiếc ô tô với giá chỉ bằng một phần mười. Vì vậy, tôi bắt đầu hành trình biến rác thành vàng

Quân nhu

Các bộ phận cần thiết cho xe RC như sau:

• Xe RC đã qua sử dụng
• Trình điều khiển động cơ L293D (Dạng DIP)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Mô-đun vô tuyến
• Pin RC Drone (hoặc bất kỳ loại pin hiện tại cao nào khác)
• Bộ chuyển đổi Buck LM2596 (2)
• Dây điện
• Ván đục lỗ
• Các thành phần nhỏ, linh tinh (chân cắm tiêu đề, đầu nối vít, tụ điện, v.v.)

Các bộ phận cần thiết cho bộ điều khiển RC như sau:

• Bộ điều khiển đã qua sử dụng (phải có 2 cần điều khiển tương tự)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Mô-đun vô tuyến
• Dây điện

Bước 1: Kho báu tái chế

Dự án này ban đầu bắt đầu khoảng một năm trước khi tôi và bạn bè dự định làm một chiếc ô tô điều khiển bằng máy tính cho một dự án hackathon (cuộc thi viết mã). Kế hoạch của tôi là đến một cửa hàng tiết kiệm, mua một chiếc xe RC lớn nhất mà tôi có thể tìm thấy, cắt ruột bên trong và thay thế nó bằng một chiếc ESP32.

Vào một khoảng thời gian khó khăn, tôi vội vã đến Savers, mua một chiếc xe RC và chuẩn bị tinh thần cho cuộc thi hackathon. Đáng buồn thay, nhiều phần tôi cần đã không đến đúng giờ nên tôi phải hủy bỏ toàn bộ dự án.

Kể từ đó, chiếc xe RC đã bám đầy bụi dưới gầm giường của tôi, cho đến bây giờ…

Tổng quan nhanh:

Trong dự án này, tôi sẽ sử dụng lại một chiếc ô tô đồ chơi đã qua sử dụng và một bộ điều khiển IR để tạo ra Xe ô tô Upcycled RC. Tôi sẽ rút ruột bên trong, cấy ghép Arduino Nano và sử dụng mô-đun vô tuyến NRF24L01 + để giao tiếp giữa hai bên.

Bước 2: Lý thuyết

"Hiểu cách thức hoạt động của một thứ quan trọng hơn là biết cách làm cho nó hoạt động."

- Kevin Yang 17/5/2020 (Tôi vừa mới làm điều này)

Như đã nói, chúng ta hãy bắt đầu nói về lý thuyết và thiết bị điện tử đằng sau Xe Upcycled RC.

Về phía ô tô, chúng tôi sẽ sử dụng NRF24L01 +, Arduino Nano, trình điều khiển động cơ L293D, động cơ trong ô tô RC và hai bộ chuyển đổi buck. Một bộ chuyển đổi buck sẽ cung cấp điện áp truyền động cho động cơ trong khi bộ chuyển đổi kia sẽ cung cấp 5V cho Arduino Nano.

Về phía bộ điều khiển, chúng tôi sẽ sử dụng NRF24L01 +, Arduino Nano và các cần điều khiển tương tự trong bộ điều khiển được sắp xếp lại.

Bước 3: NRF24L01 +

Trước khi chúng ta bắt đầu, có lẽ tôi nên giải thích về con voi trong phòng: NRF24L01 +. Nếu bạn chưa quen với cái tên này, NRF24 là một con chip được sản xuất bởi Nordic Semiconductors. Nó khá phổ biến trong cộng đồng nhà sản xuất để liên lạc vô tuyến do giá rẻ, kích thước nhỏ và tài liệu viết tốt.

Vậy mô-đun NRF thực sự hoạt động như thế nào? Đối với người mới bắt đầu, NRF24L01 + hoạt động trên tần số 2,4 GHz. Đây là cùng tần số mà Bluetooth và Wifi hoạt động (với một số khác biệt nhỏ!). Con chip này giao tiếp giữa Arduino bằng cách sử dụng SPI, một giao thức giao tiếp bốn chân. Đối với nguồn, NRF24 sử dụng 3.3V nhưng các chân cũng chịu được 5V. Điều này cho phép chúng tôi sử dụng Arduino Nano, sử dụng logic 5V, với NRF24, sử dụng logic 3.3V. Một vài tính năng khác như sau.

Các tính năng đáng chú ý:

• Chạy trên băng thông 2,4 GHz
• Dải điện áp cung cấp: 1.6 - 3.6V
• Khả năng chịu đựng 5V
• Sử dụng giao tiếp SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Có 5 chân (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Có thể kích hoạt ngắt - IRQ (Rất quan trọng trong dự án này!)
• Chế độ ngủ
• Tiêu thụ 900nA - 12mA
• Phạm vi truyền: ~ 100 mét (sẽ thay đổi theo vị trí địa lý)
• Chi phí: $ 1,20 cho mỗi mô-đun (Amazon)

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về NRF24L01 +, hãy xem phần Đọc thêm ở cuối

Bước 4: L293D - Bộ điều khiển động cơ cầu H đôi

Mặc dù Arduino Nano có thể cung cấp đủ dòng điện để cấp nguồn cho đèn LED, nhưng không có cách nào Nano có thể tự cấp nguồn cho động cơ. Vì vậy, chúng ta phải sử dụng một trình điều khiển đặc biệt để điều khiển động cơ. Bên cạnh khả năng cung cấp dòng điện, chip trình điều khiển cũng sẽ bảo vệ Arduino khỏi bất kỳ mức đột biến điện áp nào phát sinh từ việc bật và tắt động cơ.

Lắp L293D, một trình điều khiển động cơ bốn cầu nửa cầu H, hoặc theo thuật ngữ của người dân, một con chip có thể điều khiển hai động cơ tiến và lùi.

L293D dựa vào H-Bridge để điều khiển cả tốc độ của động cơ cũng như hướng. Một tính năng khác là cách ly nguồn điện, cho phép Arduino chạy khỏi nguồn điện riêng biệt với động cơ.

Bước 5: Gút xe

Đủ lý thuyết và hãy thực sự bắt đầu xây dựng!

Vì chiếc xe RC không đi kèm bộ điều khiển (hãy nhớ nó từ một cửa hàng tiết kiệm), các thiết bị điện tử bên trong về cơ bản là vô dụng. Vì vậy, tôi đã mở chiếc xe RC và ném bảng điều khiển vào thùng rác của mình.

Bây giờ, điều quan trọng là phải ghi lại một vài ghi chú trước khi chúng ta bắt đầu. Một điều cần chú ý là điện áp cung cấp cho xe RC. Chiếc xe mà tôi mua đã rất cũ, trước khi sử dụng pin Lithium. Điều này có nghĩa là chiếc xe RC này được cấp nguồn từ pin Ni-Mh có điện áp danh định là 9,6 volt. Điều này rất quan trọng vì đây sẽ là điện áp mà chúng ta sẽ điều khiển động cơ.

Bước 6: Xe hoạt động như thế nào?

Tôi có thể nói chắc chắn 99% rằng xe của tôi không giống xe của bạn, nghĩa là phần này về cơ bản là vô dụng. Tuy nhiên, điều quan trọng là chỉ ra một vài tính năng mà chiếc xe của tôi có vì tôi sẽ dựa trên thiết kế của mình dựa trên điều đó.

Hệ thống lái

Không giống như những chiếc xe RC hiện đại, chiếc xe mà tôi đang sửa đổi không sử dụng servo để quay. Thay vào đó, xe của tôi sử dụng một động cơ chải và lò xo cơ bản. Điều này có nhiều hạn chế, đặc biệt là vì tôi không có khả năng thực hiện những bước ngoặt tốt. Tuy nhiên, một lợi ích ngay lập tức là tôi không cần bất kỳ giao diện điều khiển phức tạp nào để quay. Tất cả những gì tôi cần làm là cung cấp năng lượng cho động cơ với một cực nhất định (tùy thuộc vào cách tôi muốn quay).

Trục vi sai

Thật ngạc nhiên, chiếc xe RC của tôi cũng có một trục vi sai và hai chế độ số khác nhau. Điều này khá thú vị vì bộ vi sai thường được tìm thấy trong xe đời thực chứ không phải trong những chiếc RC nhỏ. Tôi sẽ nghĩ rằng trước khi chiếc xe này có mặt trên kệ của một cửa hàng tiết kiệm, nó là một mẫu RC cao cấp.

Bước 7: Vấn đề quyền lực

Với các tính năng vượt trội, bây giờ chúng ta phải nói về phần quan trọng nhất của bản dựng này: Chúng ta sẽ cung cấp sức mạnh cho chiếc xe RC như thế nào? Và cụ thể hơn: Cần bao nhiêu dòng điện để điều khiển động cơ?

Để trả lời điều này, tôi đã kết nối pin của máy bay không người lái với bộ chuyển đổi buck, nơi tôi đã giảm 11V của pin xuống 9,6V của động cơ. Từ đó, tôi đặt đồng hồ vạn năng ở chế độ dòng điện 10A và hoàn thành mạch. Đồng hồ của tôi ghi rằng động cơ cần dòng điện 300 mA để quay trong không khí tự do.

Mặc dù điều này nghe có vẻ không nhiều, nhưng phép đo mà chúng tôi thực sự quan tâm là dòng điện dừng của động cơ. Để đo điều này, tôi đặt tay lên các bánh xe để ngăn chúng quay. Khi tôi nhìn vào đồng hồ của mình, nó hiển thị 1A rắn.

Biết rằng các động cơ truyền động sẽ vẽ khoảng một amp, sau đó tôi đã tiến hành thử nghiệm các động cơ lái đã rút ra 500mA khi bị dừng. Với kiến thức này, tôi đã đi đến kết luận rằng tôi có thể tắt toàn bộ hệ thống bằng pin máy bay không người lái RC và hai bộ chuyển đổi buck LM2596 *.

* Tại sao bộ điều khiển hai khóa? Mỗi LM2596 có dòng điện tối đa là 3A. Nếu tôi tắt tất cả mọi thứ của một bộ chuyển đổi buck, tôi sẽ tạo ra rất nhiều dòng điện, và do đó, tôi sẽ có các xung điện áp khá lớn. Theo thiết kế, lực Arduino Nano nghỉ mỗi khi có mức tăng đột biến điện áp lớn. Do đó, tôi đã sử dụng hai bộ chuyển đổi để giảm tải và giữ Nano cách ly với động cơ.

Một thành phần quan trọng cuối cùng mà chúng ta cần là máy kiểm tra điện áp tế bào Li-Po. Mục đích của việc này là để bảo vệ pin không bị xả quá mức để tránh làm hỏng tuổi thọ của pin (luôn giữ điện áp cell của pin sử dụng lithium trên 3,5V!)

Bước 8: Mạch RC ô tô

Với sự cố nguồn điện, bây giờ chúng ta có thể xây dựng mạch. Trên đây là sơ đồ tôi thực hiện cho xe RC.

Hãy nhớ rằng tôi đã không bao gồm kết nối vôn kế pin. Để sử dụng vôn kế, tất cả những gì bạn cần làm là kết nối đầu nối cân bằng với các chân tương ứng của vôn kế. Nếu bạn chưa bao giờ làm điều này trước đây, hãy nhấp vào video được liên kết trong phần Bài đọc thêm để tìm hiểu thêm.

Ghi chú về mạch

Các chân cho phép (1, 9) trên L293D yêu cầu tín hiệu PWM có tốc độ thay đổi. Điều đó có nghĩa là chỉ một vài chân trên Arduino Nano có thể được kết nối với chúng. Đối với các chân khác trên L293D, mọi thứ đều ổn.

Vì NRF24L01 + giao tiếp qua SPI, chúng ta phải kết nối các chân SPI của nó với các chân SPI trên Arduino Nano (vì vậy hãy kết nối MOSI -> MOSI, MISO -> MISO và SCK -> SCK). Cũng cần lưu ý rằng tôi đã kết nối chân IRQ của NRF24 với chân 2 trên Arduino Nano. Điều này là do chân IRQ ở mức THẤP mỗi khi NR24 nhận được tin nhắn. Biết được điều này, tôi có thể kích hoạt ngắt để yêu cầu Nano đọc radio. Điều này cho phép Nano làm những việc khác trong khi chờ dữ liệu mới.

Bước 9: PCB

Vì tôi muốn làm cho thiết kế này trở thành một thiết kế mô-đun, tôi đã tạo ra một PCB sử dụng bo mạch hoàn hảo và rất nhiều chân cắm tiêu đề.

Bước 10: Kết nối cuối cùng

Với PCB được hoàn thành và chiếc xe RC bị rút ruột, tôi đã sử dụng dây cá sấu để kiểm tra xem mọi thứ có hoạt động hay không.

Sau khi kiểm tra tất cả các kết nối đều chính xác, tôi đã thay thế dây cá sấu bằng cáp thật và gắn tất cả các thành phần vào khung máy.

Tại thời điểm này, bạn có thể đã nhận ra rằng bài viết này không phải là hướng dẫn từng bước. Điều này là do đơn giản là không thể viết ra từng bước nên thay vào đó, một vài bước Hướng dẫn tiếp theo sẽ là tôi chia sẻ một vài mẹo tôi đã học được khi chế tạo xe hơi.

Bước 11: Mẹo 1: Vị trí mô-đun radio

Để tăng phạm vi hoạt động của xe RC, tôi đã đặt mô-đun radio NRF sang một bên hết mức có thể. Điều này là do sóng vô tuyến phản xạ lại các kim loại như PCB và dây dẫn, do đó, làm giảm phạm vi. Để giải quyết vấn đề này, tôi đặt mô-đun ở phía bên của PCB và cắt một khe trên vỏ xe để cho phép nó thò ra ngoài.

Bước 12: Mẹo 2: Giữ nó theo mô-đun

Một điều khác mà tôi đã làm đã giúp tôi tiết kiệm một vài lần là kết nối mọi thứ thông qua các chân tiêu đề và khối thiết bị đầu cuối. Điều này cho phép dễ dàng hoán đổi các bộ phận nếu một trong các bộ phận bị chiên (vì bất cứ lý do gì…).

Bước 13: Mẹo 3: Sử dụng tản nhiệt

Các động cơ trong chiếc xe RC của tôi đang đẩy L293D đến rất nhiều giới hạn của nó. Trong khi trình điều khiển động cơ có thể xử lý liên tục lên đến 600 mA, điều đó cũng có nghĩa là nó rất nóng và nhanh! Đây là lý do tại sao bạn nên thêm một ít keo tản nhiệt và bộ tản nhiệt để ngăn L293D tự nấu nướng. Tuy nhiên, ngay cả khi có tản nhiệt, con chip vẫn có thể quá nóng khi chạm vào. Đây là lý do tại sao bạn nên để xe nguội sau 2-3 phút chơi.

Bước 14: Thời gian điều khiển RC

Với chiếc xe RC đã hoàn thành, chúng ta có thể bắt đầu chế tạo bộ điều khiển.

Giống như chiếc xe RC, tôi cũng đã mua bộ điều khiển một thời gian trước khi nghĩ rằng tôi có thể làm gì đó với nó. Trớ trêu thay, bộ điều khiển thực sự là IR nên nó sử dụng đèn LED IR để giao tiếp giữa các thiết bị.

Ý tưởng cơ bản với bản dựng này là giữ bo mạch gốc bên trong bộ điều khiển và xây dựng Arduino và NRF24L01 + xung quanh nó.

Bước 15: Khái niệm cơ bản về phím điều khiển tương tự

Việc kết nối với một cần điều khiển tương tự có thể gây khó khăn đặc biệt vì không có bảng đột phá cho các chân. Đừng lo! Tất cả các cần điều khiển tương tự hoạt động trên cùng một nguyên tắc hướng dẫn và thường có cùng một sơ đồ chân.

Về cơ bản, cần điều khiển tương tự chỉ là hai chiết áp thay đổi điện trở khi di chuyển theo các hướng khác nhau. Ví dụ: khi bạn di chuyển cần điều khiển sang phải, chiết áp trục x sẽ thay đổi giá trị. Bây giờ khi bạn di chuyển cần điều khiển về phía trước, chiết áp trục y sẽ thay đổi giá trị.

Với ý nghĩ này, nếu chúng ta nhìn vào mặt dưới của cần điều khiển tương tự, chúng ta sẽ thấy 6 chân, 3 chân cho chiết áp trục x và 3 chân cho chiết áp trục y. Tất cả những gì bạn cần làm là kết nối 5V và nối đất với các chân bên ngoài và kết nối chân giữa với đầu vào tương tự trên Arduino.

Hãy nhớ rằng các giá trị cho chiết áp sẽ được ánh xạ tới 1024 chứ không phải 512! Điều này có nghĩa là chúng ta phải sử dụng hàm bản đồ nội trang () trong Arduino để điều khiển bất kỳ đầu ra kỹ thuật số nào (như tín hiệu PWM mà chúng ta đang sử dụng để điều khiển L293D). Điều này đã được thực hiện trong mã nhưng nếu bạn định viết chương trình của riêng mình, bạn phải ghi nhớ điều đó.

Bước 16: Kết nối bộ điều khiển

Các kết nối giữa NRF24 và Nano vẫn giống nhau đối với bộ điều khiển nhưng trừ kết nối IRQ.

Mạch cho bộ điều khiển được hiển thị ở trên.

Sửa đổi một bộ điều khiển chắc chắn là một hình thức nghệ thuật. Tôi đã đưa ra quan điểm này vô số lần, nhưng chỉ đơn giản là không thể viết từng bước hướng dẫn thực hiện điều này. Vì vậy, giống như những gì tôi đã làm trước đó, tôi sẽ đưa ra một vài mẹo về những gì tôi đã học được khi chế tạo bộ điều khiển của mình.

Bước 17: Mẹo 1: Sử dụng các bộ phận trong quá trình thải bỏ của bạn

Không gian thực sự chật hẹp trong bộ điều khiển, do đó, nếu bạn muốn thêm bất kỳ đầu vào nào khác cho xe, hãy sử dụng các công tắc và nút bấm đã có sẵn. Đối với bộ điều khiển của tôi, tôi cũng đã kết nối một chiết áp và một công tắc 3 chiều với Nano.

Một điều khác cần ghi nhớ rằng đây là bộ điều khiển của bạn. Nếu sơ đồ chân không phù hợp với sở thích của bạn, bạn luôn có thể sắp xếp lại chúng!

Bước 18: Mẹo 2: Xóa các dấu vết không cần thiết

Vì chúng tôi đang sử dụng bo mạch gốc, bạn nên loại bỏ tất cả các dấu vết đi đến các cần điều khiển tương tự và bất kỳ cảm biến nào khác mà bạn đang sử dụng. Bằng cách đó, bạn ngăn chặn khả năng xảy ra bất kỳ hành vi cảm biến không mong muốn nào.

Để thực hiện những vết cắt này, tôi chỉ cần sử dụng một máy cắt hộp và chấm PCB một vài lần để thực sự tách các dấu vết.

Bước 19: Mẹo 3: Giữ dây ngắn nhất có thể

Mẹo này đặc biệt nói về các đường SPI giữa Arduino và mô-đun NRF24, nhưng điều này cũng đúng với các kết nối khác. NRF24L01 + cực kỳ nhạy cảm với nhiễu vì vậy nếu bất kỳ tiếng ồn nào được thu vào dây dẫn, nó sẽ làm hỏng dữ liệu. Đây là một trong những nhược điểm chính của giao tiếp SPI. Tương tự như vậy, bằng cách giữ các dây càng ngắn càng tốt, bạn cũng làm cho toàn bộ bộ điều khiển gọn gàng hơn và có tổ chức hơn.

Bước 20: Mẹo 4: Vị trí! Vị trí! Vị trí

Bên cạnh việc chỉ giữ dây càng ngắn càng tốt, điều này cũng có nghĩa là giữ khoảng cách giữa các bộ phận càng ngắn càng tốt.

Khi tìm kiếm những nơi để lắp NRF24 và Arduino, hãy nhớ giữ chúng càng gần nhau và cần điều khiển càng tốt.

Một điều khác cần lưu ý là nơi đặt mô-đun NRF24. Như đã nói trước đó, sóng vô tuyến không thể đi qua kim loại, do đó, bạn nên gắn mô-đun gần mặt bên của bộ điều khiển. Để làm điều này, tôi cắt một khe nhỏ bằng Dremel để cho NRF24 nhô ra bên ngoài.

Bước 21: Mã

Có lẽ phần quan trọng nhất của bản dựng này là mã thực tế. Tôi đã bao gồm các nhận xét và mọi thứ nên tôi sẽ không giải thích từng dòng chương trình.

Như đã nói, một vài điều quan trọng mà tôi muốn chỉ ra là bạn sẽ cần tải xuống thư viện NRF24 để chạy các chương trình. Nếu bạn chưa cài đặt các thư viện, tôi khuyên bạn nên xem các hướng dẫn được liên kết trong phần Bài đọc thêm để tìm hiểu cách thực hiện. Ngoài ra, khi gửi tín hiệu đến L293D, không bao giờ bật cả hai chân định hướng. Điều này sẽ làm ngắn trình điều khiển động cơ và làm cho nó bị cháy.

Github-

Bước 22: Sản phẩm cuối cùng

Cuối cùng, sau một năm đi nhặt bụi và 3 tuần lao động chân tay, cuối cùng tôi cũng đã chế tạo xong chiếc xe Upcycled RC Car. Trong khi tôi phải thừa nhận, nó không mạnh mẽ như những chiếc xe được thấy trong phần giới thiệu, nó ra mắt tốt hơn tôi nghĩ. Xe có thể lái trong 40 phút trước khi hết điện và có thể đi xa tới 150m so với bộ điều khiển.

Một vài điều mà tôi chắc chắn sẽ làm để cải thiện chiếc xe là hoán đổi L293D cho L298, một trình điều khiển động cơ lớn hơn, mạnh mẽ hơn. Một điều khác tôi sẽ làm là hoán đổi mô-đun radio NRF mặc định cho phiên bản ăng-ten khuếch đại. Những sửa đổi này sẽ tăng mô-men xoắn và phạm vi hoạt động của xe tương ứng.

Bước 23: Đọc thêm:

NRF24L01 +

• Biểu dữ liệu bán dẫn Bắc Âu
• SPI Communication (Bài báo)
• Thiết lập cơ bản (Video)
• Hướng dẫn chuyên sâu (Bài viết)
• Mẹo và thủ thuật nâng cao (Chuỗi video)

L293D

• Texas Instruments Datasheet
• Hướng dẫn chuyên sâu (Bài báo)