Xe thông minh của riêng bạn & xa hơn là HyperDuino + R V3.5R với Funduino / Arduino: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Đây là bản sao trực tiếp từ bộ hướng dẫn này TẠI ĐÂY. Để biết thêm thông tin, hãy truy cập HyperDuino.com.

Với HyperDuino + R v4.0R, bạn có thể bắt đầu con đường khám phá theo nhiều hướng khác nhau, từ điều khiển động cơ đến khám phá thiết bị điện tử, từ lập trình (mã hóa) đến hiểu cách thế giới vật lý và kỹ thuật số có thể tương tác. Với mọi thứ mới mẻ mà bạn học được, khả năng phát minh, đổi mới và khám phá xa hơn của chính bạn sẽ được khuếch đại lên gấp mười lần và hơn thế nữa.

Hướng dẫn cụ thể này đưa ra con đường biến một hộp các-tông cùng với một số bánh xe và động cơ thành một chiếc “ô tô thông minh”. Đây thường được gọi là rô bốt, nhưng đó là một chủ đề đáng được xem xét chỉ vì điều gì phân biệt ô tô tự động (automat), ô tô thông minh và “rô bốt” (xem thêm, nguồn gốc của từ “rô bốt”). Ví dụ: “rô bốt lộn nhào” này thực sự là một “rô bốt” hay chỉ đơn giản là một rô bốt tự động?

Có vẻ như các từ không quan trọng, tuy nhiên đối với mục đích của chúng tôi, chúng tôi xem xét sự khác biệt ở chỗ một máy tự động là thứ không thay đổi hành vi của nó dựa trên đầu vào bên ngoài. Nó lặp đi lặp lại cùng một quy trình của các hành động được lập trình. Robot là thứ thực hiện các hành động khác nhau để đáp ứng các đầu vào khác nhau. Ở dạng nâng cao, các mức của nhiều đầu vào có thể dẫn đến các hành động khác nhau. Đó là, không chỉ một đầu ra cho mỗi đầu vào, mà là các hành động khác nhau dựa trên phân tích được lập trình của nhiều đầu vào.

“Xe thông minh” khám phá phạm vi này. Ở dạng đơn giản nhất, một chiếc ô tô thông minh được lập trình sẵn để di chuyển theo một lộ trình đã định sẵn. Thử thách trong trường hợp này có thể là di chuyển chiếc xe qua một “mê cung” được tạo sẵn. Tuy nhiên, tại thời điểm đó, sự thành công của nhiệm vụ được xác định hoàn toàn bởi tập hợp các hành động được lập trình sẵn, ví dụ: tiến 10, tiến phải, tiến 5, trái, v.v.

Ở cấp độ tiếp theo, một đầu vào chẳng hạn như từ cảm biến phạm vi có thể nhắc xe dừng lại trước khi tiếp xúc với chướng ngại vật đó và rẽ sang hướng mới. Đây sẽ là một ví dụ về một đầu vào, một hành động. Có nghĩa là, cùng một đầu vào (một chướng ngại vật) luôn dẫn đến một đầu ra giống nhau (một lượt đi khỏi chướng ngại vật).

Ở cấp độ nâng cao hơn, chương trình có thể giám sát nhiều đầu vào, chẳng hạn như mức pin cùng với việc theo dõi đường đi và / hoặc tránh chướng ngại vật và kết hợp tất cả những điều này thành một hành động tiếp theo tối ưu.

Trong trường hợp đầu tiên, chương trình chỉ là một chuỗi các bước di chuyển. Trong ví dụ thứ 2 và thứ 3, chương trình bao gồm cấu trúc “nếu-thì” cho phép nó thực hiện các phần khác nhau của chương trình để phản hồi lại các đầu vào từ cảm biến.

Bước 1: Vật liệu

Hộp HyperDuino hoặc tương tự

HyperDuino + R v3.5R + Funduino / Arduino

Màng chống dính trong suốt (OL175WJ) với hình in. (hoặc chỉ sử dụng hướng dẫn này cho động cơ & bánh xe có thể in trên giấy)

Hộp 4 pin AA cộng với 4 pin AA

2 động cơ giảm tốc

2 bánh xe

1 bánh xe lăn

4 # 4 x 40 1 ½”vít máy với vòng đệm & đai ốc # 4s

2 vít máy # 4 x 40 ⅜”với vòng đệm & đai ốc # 4s

1 philipps / tuốc nơ vít dẹt

1 Cảm biến phạm vi siêu âm HC SR-04

1 servo 9g

1 hộp pin 4xAA

4 pin AA

1 pin 9v

1 điều khiển từ xa IR & bộ thu IR

1 SH-HC-08 mô-đun thu bluetooth 4.0 BLE

Cảm biến siêu âm 1HC-SR04

2 cáp kết nối 3 dây.

2 Cáp kết nối 4 dây tương thích Grove.

1 đầu nối rãnh với cáp ổ cắm

1 nhãn dính trắng trống

1 tuốc nơ vít HyperDuino (hoặc tương tự)

Bước 2: Xây dựng Xe thông minh

(Tất cả các hình ảnh được cung cấp ở trên)

Chuẩn bị hộp

Mặc dù bộ công cụ HyperDuino Robotics có thể bao gồm một đế nhựa được gọi là “khung gầm” (phát âm là “chass-ee”), chúng tôi nghĩ rằng sẽ hài lòng hơn nhiều nếu bạn càng gần với cấu tạo “từ đầu” của chiếc xe thông minh của bạn càng tốt. Vì lý do đó, chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách sử dụng lại hộp các tông của chính bộ HyperDuino Robotics.

Trong hộp HyperDuino + R, bạn sẽ tìm thấy một mảnh giấy trắng được dán keo và một mảnh vật liệu trong suốt được dán keo với các đường viền hiển thị các vị trí của HyperDuino, hộp pin và động cơ.

Ngoài ra còn có các vòng tròn cho biết vị trí đặt các vòng tròn khóa dán được hỗ trợ bằng chất kết dính.

1. Tháo lớp keo dính ở nhãn giấy trắng và đặt nó lên nhãn HyperDuino ở trên cùng của hộp. Khi bạn đã sử dụng hộp đó hoặc nếu bạn muốn sử dụng hộp khác, bạn có thể sử dụng tệp mẫu pdf này nhằm mục đích in trên giấy, sau đó cắt các thanh dẫn động cơ (trên và dưới = trái và phải) và một của các hướng dẫn bánh xe caster. Bạn có thể dán giấy vào vị trí trong khi tạo các lỗ, sau đó khi chúng được tạo xong, hãy loại bỏ mẫu giấy.

2. Mở hộp HyperDuino + R để nó có thể nằm phẳng. Đây có lẽ là phần khó nhất của dự án. Bạn sẽ cần phải sắp xếp nhấn và nhấc các tab ở mỗi bên của hộp ra khỏi các khe ở cuối hộp. Bạn có thể thấy rằng việc sử dụng tuốc nơ vít HyperDuino để đẩy từ bên trong nắp theo hướng ra ngoài sẽ giúp giải phóng các nắp.

3. Tháo một nửa lớp keo dán phía sau vào vật liệu trong suốt ở phía bên trái (nếu biểu tượng HyperDuino là "hướng lên") và đặt nó vào bên trong hộp HyperDuino với nửa đường viền ngoài của các khe khớp với đường cắt trên hộp. Cố gắng hết sức có thể để kẻ hai đường ngang với nếp gấp của đáy hộp HyperDuino + R.

4. Sau khi định vị mặt trái của tấm phim trong suốt, hãy tháo lớp giấy bồi ở nửa bên phải và hoàn tất việc gắn mẫu.

5. Sử dụng đầu phillips của tuốc nơ vít HyperDuino có trong bộ dụng cụ của bạn để tạo các lỗ nhỏ cho vít máy giúp giữ các động cơ ở đúng vị trí. Có hai lỗ cho mỗi động cơ, cộng với một lỗ cho trục của động cơ.

6. Tiếp tục và tạo thêm hai lỗ cho quả bóng lăn.

7. Đối với trục của động cơ, sử dụng công cụ tạo lỗ bằng nhựa màu xanh của bộ HyperDuino để tạo lỗ nhỏ đầu tiên thẳng hàng với trục của động cơ. Sau đó, sử dụng bút bi bằng nhựa hoặc tương tự để phóng to lỗ có đường kính khoảng ¼”inch.

8. Đặt máy giặt trên mỗi vít máy dài (1 ½”) và đẩy qua các lỗ dành cho động cơ từ bên ngoài hộp. (Nó tạo ra một chút áp lực chắc chắn, nhưng các vít phải vừa khít qua các lỗ.)

9. Lắp mô-tơ có 2 lỗ nhỏ khớp với vít máy vào các vít và cố định chặt bằng đai ốc. Tuốc nơ vít HyperDuino sẽ hữu ích trong việc siết chặt các vít, nhưng đừng vặn quá chặt đến mức các tông bị nát.

10. Lặp lại cho động cơ khác.

11. Xác định vị trí các vòng tròn khóa dán. Ghép nối các vòng tròn móc và vòng (mờ) với nhau với phần nền vẫn được gắn vào. Sau đó, tháo lớp nền khỏi vòng tròn (mờ) và gắn từng vòng tròn vào nơi bạn nhìn thấy 3 đường viền từng đường viền cho bo mạch HyperDuino và hộp pin. Sau khi đặt, tháo phần đệm khỏi vòng tròn móc.

12. Bây giờ, hãy cẩn thận đặt HyperDuino với lớp đệm xốp của nó và hộp pin (đã đóng và có mặt công tắc “hướng lên”) lên các vòng tròn khóa dán. Nhấn chúng xuống với đủ lực để chúng dính vào mặt sau kết dính của các vòng tròn.

13. Bây giờ bạn có thể gắn pin và dây động cơ. Nếu bạn nhìn rất kỹ, bạn có thể thấy các nhãn bên cạnh mỗi trong số 8 đầu cuối động cơ, có nhãn A01, A02, B01 và B02. Gắn dây đen của động cơ trên (“B”) vào B02 và dây đỏ vào B01. Đối với động cơ thấp hơn (“A”), gắn dây màu đỏ của động cơ thấp hơn (“A”) vào A02 và dây đen vào A01. Để thực hiện kết nối, bạn nhẹ nhàng luồn dây vào lỗ cho đến khi bạn cảm thấy nó dừng lại, sau đó nhấc cần màu cam và giữ nó mở trong khi bạn đẩy dây thêm khoảng 2mm hoặc lâu hơn vào lỗ. Sau đó thả cần gạt. Nếu dây được cố định đúng cách, nó sẽ không bị bung ra khi bạn kéo nhẹ.

14. Đối với dây pin, gắn dây màu đỏ vào Vm của đầu nối nguồn động cơ và dây màu đen vào Gnd. Các động cơ nhỏ có thể được cấp nguồn từ pin Arduino 9v, nhưng một pin bổ sung như bốn bộ pin AA, có thể được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ và được kết nối bằng 2 đầu cuối ở phía trên bên trái của bo mạch HyperDuino + R. Sự lựa chọn là tùy thuộc vào bạn cho ứng dụng cụ thể của bạn và được cấu hình bằng cách di chuyển "jumper" đến vị trí này hoặc vị trí khác. Vị trí mặc định là bên phải, để cấp nguồn cho động cơ từ pin 9v. Đối với những hoạt động này, khi bạn đã thêm hộp đựng bốn pin AA, bạn sẽ muốn di chuyển cầu nhảy sang vị trí "bên trái".

15. Cuối cùng gấp tất cả các hộp lại với nhau như trong một trong những hình cuối cùng còn lại.

16. Bây giờ là thời điểm tốt để lắp hai vít máy ⅜”có vòng đệm từ bên trong hộp qua các lỗ và gắn cụm bi lăn với vòng đệm.

17. Bây giờ gắn các bánh xe bằng cách chỉ cần ấn chúng vào các trục. Chú ý đến các bánh xe trên trục động cơ, sao cho các bánh xe vuông góc với trục một cách độc đáo và không bị nghiêng nhiều hơn những gì bạn có thể tránh. Các bánh xe được căn chỉnh tốt sẽ tạo cho xe một đường thẳng hơn khi nó di chuyển về phía trước.

18. Điều cuối cùng cần làm bây giờ là tạo một lỗ cho cáp USB. Điều này không quá dễ dàng để thực hiện một cách dễ hiểu, nhưng với một chút quyết tâm, bạn sẽ có thể hoàn thành công việc. Hãy nhìn vào đầu nối USB trên bo mạch HyperDuino và hộp được viền có nhãn “Cáp USB”. Theo dõi trực quan cạnh hộp và sử dụng đầu phillips của tuốc nơ vít HyperDuino để tạo một lỗ cao hơn đáy hộp khoảng 1 inch và căn chỉnh tốt nhất với tâm của đường dẫn cáp USB nhất có thể. Nếu điều này nằm lệch tâm, sẽ khiến việc kết nối cáp USB qua lỗ sau này sẽ khó khăn hơn một chút. và cuối cùng chuyển sang Sharpie hoặc bất kỳ công cụ có đường kính lớn nhất nào khác mà bạn có thể tìm thấy. Nếu bạn có một con dao Xacto, cái này là tốt nhất, nhưng chúng có thể không có sẵn trong lớp học.

19. Kiểm tra kích thước của lỗ với đầu nối hình vuông của cáp USB HyperDuino. Lỗ sẽ không đẹp lắm, nhưng bạn cần phải làm cho nó đủ lớn để đầu nối hình vuông có thể chui qua. Lưu ý: Sau khi tạo lỗ, chất lỏng chỉnh sửa (‘White-out”) là một cách để sơn lên tấm bìa cứng sẫm màu hơn do quá trình tạo lỗ lộ ra.

20. Để đóng nắp hộp, bạn sẽ cần dùng kéo cắt 2 lần mà nếu không thì nắp sẽ chạy vào mô tơ và gấp nắp hộp lại một chút hoặc cắt hoàn toàn.

Bước 3: Mã hóa chương trình "Mê cung" đơn giản

Thử thách lập trình đầu tiên sẽ là tạo ra một chương trình có thể “lái” chiếc xe qua một khuôn mẫu.

Để làm được điều này, bạn sẽ phải học cách sử dụng ngôn ngữ lập trình khối iForge để tạo ra các hàm điều khiển các động cơ đồng thời tiến và lùi, đồng thời thực hiện rẽ trái và phải. Khoảng cách mà ô tô di chuyển trong mỗi phần của hành trình được xác định bởi thời gian chạy của động cơ và ở tốc độ nào, vì vậy, bạn cũng sẽ học cách điều khiển chúng.

Vì sự hiệu quả trong hướng dẫn này, bây giờ chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn đến tài liệu “Mã hóa với HyperDuino & iForge”.

Điều đó sẽ chỉ cho bạn cách cài đặt tiện ích mở rộng iForge cho Chrome, tạo tài khoản và xây dựng các chương trình khối điều khiển các chân trên HyperDuino.

Khi bạn hoàn thành việc đó, hãy quay lại đây và tiếp tục với hướng dẫn này và tìm hiểu cách điều khiển động cơ bằng HyperDuino.

Bước 4: Điều khiển động cơ cơ bản

Ở trên cùng của bo mạch HyperDuino “R” là các thiết bị đầu cuối kết nối dễ dàng cho phép bạn cắm dây trần từ động cơ hoặc pin. Điều này để không yêu cầu các đầu nối đặc biệt và bạn có nhiều khả năng có thể kết nối pin và động cơ "ra khỏi hộp".

Lưu ý quan trọng: Tên “A01” và “A02” cho các đầu nối động cơ KHÔNG biểu thị rằng các chân tương tự A01 và A02 điều khiển chúng. “A” và “B” chỉ được sử dụng để chỉ định động cơ “A” và “B”. Các chân I / O kỹ thuật số từ 3 đến 9 được sử dụng để điều khiển bất kỳ động cơ nào được gắn vào các đầu cuối của bo mạch HyperDuino + R.

Pin nên được chọn có công suất điện (miliamp giờ) và điện áp phù hợp với động cơ bạn đang sử dụng. 4 hoặc 6 pin AA trong một hộp như thế này là điển hình:

Ví dụ từ Amazon: Giá đỡ 6 pin AA với đầu nối 2,1mm x 5,5mm Đầu ra 9V (Hình 2)

Điều quan trọng là phải kết nối đúng cực (dương và âm) với Vm (dương) và Gnd (“đất” = âm). Nếu bạn kết nối dây dẫn dương của nguồn điện với đầu vào âm (Gnd) của kết nối nguồn bên ngoài, sẽ có một diode bảo vệ chặn ngắn mạch và đồng thời, động cơ sẽ không hoạt động.

Bộ điều khiển động cơ có thể điều khiển:

Bốn động cơ DC một chiều được kết nối với A01 / Gnd, A02 / Gnd, B01 / Gnd, B02 / Gnd

Lưu ý: chỉ có thể bật một động cơ “A” và một động cơ “B” cùng một lúc. Không thể có tất cả bốn động cơ một chiều bật cùng một lúc.

Chân 8: cao, Chân 9: thấp = Động cơ A01 “bật”

Chân 8: thấp, Chân 9: cao = Động cơ A02 “bật”

(Chân 8, 9: thấp = tắt cả hai động cơ B)

Chân 12: thấp, Chân 13: cao = Động cơ B01 “bật”

Chân 12: cao, Chân 13: thấp = Động cơ B02 “bật”

(Chân 12, 13: thấp = tắt cả hai động cơ B)

Hai động cơ DC hai chiều được kết nối với A01 / A02 và B01 / B02

Chân 8 = cao, chân 9 = thấp = Động cơ A “chuyển tiếp *”

Chân 8 = thấp, chân 9 = cao = Động cơ A “đảo ngược *”

(Chân 8 = thấp, chân 9 = thấp = Động cơ A “tắt”)

Chân 12 = cao, chân 13 = thấp = Động cơ B “chuyển tiếp *”

Chân 12 = thấp, chân 13 = cao = Động cơ B “đảo ngược *”

(Chân 12 = thấp, chân 13 = thấp = Động cơ B “tắt”)

(* tùy thuộc vào cực của dây động cơ và hướng của động cơ, bánh xe và ô tô rô bốt.)

Một động cơ bước được kết nối với A01 / A02 / B01 / B02 và Gnd

Giới hạn điện áp và dòng điện của bộ điều khiển động cơ HyperDuino là 15v và 1,2 A (trung bình) / 3,2 A (cao điểm) dựa trên IC điều khiển động cơ Toshiba TB6612FNG.

Động cơ “A”: Kết nối với A01 & A02

(Nhìn vào hai hình ảnh cuối cùng để minh chứng)

Tốc độ của xe gắn máy

Tốc độ của động cơ A và B lần lượt được điều khiển bằng các chân 10 và 11:

Tốc độ của Động cơ A: Chân 10 = PWM 0-255 (hoặc đặt chân 10 = CAO)

Tốc độ của Động cơ B: Chân 11 = PWM 0-255 (hoặc đặt chân 11 = CAO)

Trong hoạt động một chiều (bốn động cơ), điều khiển tốc độ của chân 10 hoạt động cho cả động cơ “A” và chân 11 cho cả hai động cơ “B”. Không thể điều khiển độc lập tốc độ của cả bốn động cơ.

Động cơ công suất thấp (dưới 400ma)

Bộ điều khiển động cơ có thể sử dụng nguồn pin bên ngoài lên đến 15v và 1,5 ampe (2,5 ampe trong giây lát). Tuy nhiên, nếu bạn đang sử dụng một động cơ có thể chạy trên 5-9v và sử dụng dưới 400ma, bạn có thể sử dụng cầu nhảy màu đen bên cạnh các đầu nối nguồn của động cơ và di chuyển nó đến vị trí "Vin". Vị trí thay thế, “+ VM” dành cho nguồn bên ngoài.

Hoạt động trên ô tô thông minh

Với chiếc ô tô thông minh của bạn đã được lắp ráp, bây giờ bạn có thể tiến tới Hoạt động ô tô thông minh, nơi bạn sẽ học cách lập trình ô tô của mình.