HackerBoxes 0013: Autosport: 12 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

AUTOSPORT: Tháng này, HackerBox đang khám phá thiết bị điện tử ô tô. Có thể hướng dẫn này chứa thông tin để làm việc với HackerBoxes # 0013. Nếu bạn muốn nhận được một hộp như thế này ngay trong hộp thư của mình mỗi tháng, thì bây giờ là lúc để đăng ký tại HackerBoxes.com và tham gia cuộc cách mạng!

Chủ đề và Mục tiêu Học tập cho HackerBox này:

• Điều chỉnh NodeMCU cho Arduino
• Lắp ráp bộ phụ kiện xe 2WD
• Đấu dây NodeMCU để điều khiển Bộ phụ kiện xe 2WD
• Điều khiển NodeMCU qua WiFi bằng Blynk
• Sử dụng cảm biến để điều hướng tự động
• Làm việc với Chẩn đoán trên ô tô (OBD)

HackerBoxes là dịch vụ hộp đăng ký hàng tháng dành cho công nghệ máy tính và điện tử DIY. Chúng tôi là những người có sở thích, nhà sản xuất và thử nghiệm. Hack hành tinh!

Bước 1: HackerBoxes 0013: Nội dung hộp

• Thẻ tham chiếu có thể thu thập được của HackerBoxes # 0013
• Bộ khung xe 2WD
• Mô-đun bộ xử lý WiFi NodeMCU
• Tấm chắn động cơ cho NodeMCU
• Jumper Block cho Motor Shield
• Hộp pin (4 x AA)
• Cảm biến đo khoảng cách siêu âm HC-SR04
• TCRT5000 Cảm biến phản xạ IR
• Dây nhảy nữ-nữ DuPont 10cm
• Hai mô-đun Laser đỏ
• Chẩn đoán trên bo mạch Mini-ELM327 (OBD)
• Decal đua xe độc quyền của HackerBoxes

Một số điều khác sẽ hữu ích:

• Bốn pin AA
• Băng keo hai mặt hoặc băng dán
• cáp microUSB
• Điện thoại thông minh hoặc Máy tính bảng
• Máy tính có Arduino IDE

Quan trọng nhất, bạn sẽ cần cảm giác phiêu lưu, tinh thần tự làm và sự tò mò của hacker. Những người có sở thích về đồ điện tử không phải lúc nào cũng dễ dàng, nhưng khi bạn kiên trì và tận hưởng cuộc phiêu lưu, bạn sẽ có được rất nhiều sự hài lòng khi kiên trì và hoàn thành dự án của mình. Chỉ cần thực hiện từng bước một cách chậm rãi, chú ý đến các chi tiết và đừng ngần ngại yêu cầu sự giúp đỡ.

Bước 2: Điện tử ô tô và ô tô tự lái

Điện tử ô tô là bất kỳ hệ thống điện tử nào được sử dụng trên các phương tiện giao thông đường bộ. Chúng bao gồm người vận chuyển hàng hóa, viễn thông, hệ thống giải trí trong xe hơi, v.v. Điện tử ô tô bắt nguồn từ nhu cầu điều khiển động cơ. Đầu tiên được sử dụng để điều khiển các chức năng của động cơ và được gọi là khối điều khiển động cơ (ECU). Khi điều khiển điện tử bắt đầu được sử dụng cho nhiều ứng dụng ô tô hơn, từ viết tắt ECU mang ý nghĩa chung hơn là "đơn vị điều khiển điện tử", và sau đó các ECU cụ thể được phát triển. Bây giờ, các ECU là mô-đun. Hai loại bao gồm mô-đun điều khiển động cơ (ECM) hoặc mô-đun điều khiển truyền động (TCM). Một chiếc ô tô hiện đại có thể có tới 100 ECU.

Ô tô điều khiển bằng sóng vô tuyến (ô tô R / C) là ô tô hoặc xe tải có thể được điều khiển từ xa bằng thiết bị phát hoặc điều khiển từ xa chuyên dụng. Thuật ngữ "R / C" đã được sử dụng để chỉ cả "điều khiển từ xa" và "điều khiển bằng sóng vô tuyến", nhưng cách sử dụng phổ biến của "R / C" ngày nay thường dùng để chỉ các phương tiện được điều khiển bằng liên kết tần số vô tuyến.

Ô tô tự hành (ô tô không người lái, ô tô tự lái, ô tô tự lái) là một phương tiện có khả năng cảm nhận môi trường của nó và điều hướng mà không cần sự tham gia của con người. Xe ô tô tự lái có thể phát hiện môi trường xung quanh bằng nhiều kỹ thuật như radar, lidar, GPS, đo đường và tầm nhìn máy tính. Hệ thống điều khiển tiên tiến giải thích thông tin cảm quan để xác định các đường dẫn hướng thích hợp, cũng như các chướng ngại vật và biển báo có liên quan. Xe ô tô tự lái có hệ thống điều khiển có khả năng phân tích dữ liệu cảm quan để phân biệt giữa các xe khác nhau trên đường, điều này rất hữu ích trong việc hoạch định đường đi đến đích mong muốn.

Bước 3: Arduino cho NodeMCU

NodeMCU là một nền tảng IoT mã nguồn mở. Nó bao gồm phần sụn chạy trên ESP8266 Wi-Fi SoC của Espressif Systems và phần cứng dựa trên mô-đun ESP-12.

Arduino IDE hiện có thể dễ dàng mở rộng để hỗ trợ lập trình các mô-đun NodeMCU như thể chúng là bất kỳ nền tảng phát triển Arduino nào khác.

Để bắt đầu, hãy đảm bảo rằng bạn đã cài đặt Arduino IDE (www.arduino.cc) cũng như các trình điều khiển cho chip Serial-USB thích hợp trên mô-đun NodeMCU mà bạn đang sử dụng. Hiện tại hầu hết các mô-đun NodeMCU bao gồm chip CH340 Serial-USB. Nhà sản xuất chip CH340 (WCH.cn) có sẵn trình điều khiển cho tất cả các hệ điều hành phổ biến. Kiểm tra trang dịch của Google để biết trang web của họ.

Chạy Ardino IDE, đi vào tùy chọn và tìm trường để nhập "URL trình quản lý bảng bổ sung"

Dán vào URL này:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Để cài đặt Trình quản lý Hội đồng quản trị cho ESP8266.

Sau khi cài đặt, đóng IDE và sau đó khởi động lại.

Bây giờ kết nối mô-đun NodeMCU với máy tính của bạn bằng cáp microUSB (như được sử dụng bởi hầu hết các điện thoại di động và máy tính bảng).

Chọn loại bảng trong Arduino IDE là NodeMCU 1.0

Chúng tôi luôn muốn tải và kiểm tra bản demo nhấp nháy trên bảng Arduino mới chỉ để có được sự tự tin rằng mọi thứ đang hoạt động chính xác. NodeMCU cũng không ngoại lệ, nhưng bạn phải thay đổi chân LED từ chân 13 sang chân16 trước khi biên dịch và tải lên. Đảm bảo rằng kiểm tra nhanh này hoạt động chính xác trước khi chuyển sang bất kỳ điều gì phức tạp hơn với Arduino NodeMCU.

Dưới đây là một hướng dẫn về quá trình thiết lập Arduino NodeMCU với một số ví dụ ứng dụng khác nhau. Có một chút lạc hướng so với mục tiêu ở đây, nhưng có thể hữu ích nếu bạn nhìn vào một quan điểm khác nếu bạn gặp khó khăn.

Bước 4: Bộ khung xe 2WD

Nội dung Bộ khung xe 2WD:

• Khung nhôm (màu sắc khác nhau)
• Hai động cơ DC FM90
• Hai bánh với lốp cao su
• Freewheel Caster
• Lắp ráp phần cứng
• Gắn phần cứng

Động cơ DC FM90 trông giống như các động cơ vi mô vì chúng được xây dựng trong cùng một vỏ nhựa với các động cơ vi mô thông thường, chẳng hạn như FS90, FS90R hoặc SG92R. Tuy nhiên, FM90 không phải là một servo. FM90 là động cơ điện một chiều có hộp số bằng nhựa.

Tốc độ của động cơ FM90 được điều khiển bằng cách điều biến độ rộng xung (PWM) mà nguồn dẫn. Hướng được điều khiển bằng cách hoán đổi cực công suất như với bất kỳ động cơ DC có chổi than nào. FM90 có thể chạy trên DC 4-6 Volts. Mặc dù nhỏ nhưng nó hút đủ dòng điện mà nó không nên được điều khiển trực tiếp từ chân vi điều khiển. Nên sử dụng trình điều khiển động cơ hoặc cầu H.

Thông số kỹ thuật động cơ DC FM90:

• Kích thước: 32,3mm x 12,3mm x 29,9mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Số lượng spline: 21
• Trọng lượng: 8,4g
• Tốc độ không tải: 110RPM (4,8v) / 130RPM (6v)
• Dòng chạy (không tải): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Mô-men xoắn đỉnh của gian hàng (4.8v): 1.3 kg / cm / 18.09 oz / in
• Mô-men xoắn đỉnh của gian hàng (6v): 1,5 kg / cm / 20,86 oz / in
• Dòng điện: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Bước 5: Khung xe: Lắp ráp cơ khí

Khung xe có thể dễ dàng lắp ráp theo sơ đồ này.

Lưu ý rằng có hai túi nhỏ phần cứng. Một bao gồm phần cứng gắn với sáu chân đế 5mm-M3 bằng đồng thau cùng với các vít và đai ốc phù hợp. Phần cứng gắn này có thể hữu ích trong các bước sau của việc lắp bộ điều khiển, cảm biến và các vật dụng khác vào khung máy.

Đối với bước này, chúng tôi sẽ sử dụng Phần cứng lắp ráp bao gồm:

• Bốn bu lông M2x8 mỏng và đai ốc khớp nhỏ để gắn động cơ
• Bốn bu lông M3x10 dày hơn và đai ốc khớp lớn hơn để gắn bánh xe
• Hai vít PB2.0x8 có ren thô để gắn bánh xe vào động cơ

Lưu ý rằng động cơ FM90 được định hướng sao cho dây dẫn kéo dài từ phía sau của khung đã lắp ráp.

Bước 6: Khung xe: Thêm Bộ nguồn và Bộ điều khiển

Bo mạch che chắn động cơ ESP-12E hỗ trợ cắm trực tiếp mô-đun NodeMCU. Tấm chắn động cơ bao gồm một chip điều khiển động cơ kéo đẩy L293DD (biểu dữ liệu). Dây dẫn động cơ phải được nối với các cực vít A + / A- và B + / B- trên tấm chắn động cơ (sau khi tháo các đầu nối). Các dây dẫn pin phải được nối với các cực vít đầu vào của pin.

Nếu một trong các bánh xe quay sai hướng, các dây dẫn đến động cơ tương ứng có thể được hoán đổi tại các đầu cuối vít hoặc bit hướng có thể được đảo ngược trong mã (bước tiếp theo).

Có một nút nguồn bằng nhựa trên tấm chắn động cơ để kích hoạt nguồn cung cấp đầu vào pin. Khối jumper có thể được sử dụng để định tuyến nguồn tới NodeMCU từ tấm chắn động cơ. Nếu không lắp khối jumper, NodeMCU có thể tự cấp nguồn từ cáp USB. Với khối jumper được lắp đặt (như hình minh họa), pin cung cấp năng lượng cho động cơ và cũng được dẫn đến mô-đun NodeMCU.

Tấm chắn động cơ và bộ pin có thể được gắn vào khung bằng cách xếp các lỗ bắt vít với các lỗ có sẵn trên khung nhôm. Tuy nhiên, chúng tôi thấy dễ dàng hơn khi chỉ cần dán chúng vào khung máy bằng băng keo xốp hai mặt hoặc dải khóa dán.

Bước 7: Khung xe: Lập trình và điều khiển Wi-Fi

Blynk là một Nền tảng với các ứng dụng iOS và Android để điều khiển Arduino, Raspberry Pi và các phần cứng khác qua Internet. Đó là một bảng điều khiển kỹ thuật số, nơi bạn có thể xây dựng giao diện đồ họa cho dự án của mình bằng cách kéo và thả các widget. Nó thực sự đơn giản để thiết lập mọi thứ và bạn sẽ bắt đầu mày mò ngay lập tức. Blynk sẽ giúp bạn trực tuyến và sẵn sàng cho Internet Of Your Things.

Tập lệnh HBcar.ino Arduino có ở đây cho thấy cách giao diện bốn nút (tiến, lùi, phải và trái) trên một dự án Blynk để điều khiển động cơ trên khung xe 2WD.

Trước khi biên dịch, cần thay đổi ba chuỗi trong chương trình:

• Wi-Fi SSID (cho điểm truy cập Wi-Fi của bạn)
• Mật khẩu Wi-Fi (cho điểm truy cập Wi-Fi của bạn)
• Mã thông báo ủy quyền Blynk (từ dự án Blynk của bạn)

Lưu ý từ mã ví dụ rằng chip L293DD trên tấm chắn động cơ được nối dây như sau:

• Chân GPIO 5 cho tốc độ động cơ A
• Chân GPIO 0 cho động cơ A hướng
• Chân GPIO 4 cho tốc độ động cơ B
• Chân GPIO 2 cho hướng động cơ B

Bước 8: Cảm biến để điều hướng tự động: Công cụ tìm phạm vi siêu âm

Máy đo khoảng siêu âm HC-SR04 (biểu dữ liệu) có thể cung cấp các phép đo từ khoảng 2cm đến 400cm với độ chính xác lên đến 3mm. Mô-đun HC-SR04 bao gồm một máy phát siêu âm, một máy thu và một mạch điều khiển.

Sau khi gắn bốn jumper nữ-nữ vào các chân của HC-SR04, quấn một số băng xung quanh các đầu nối có thể giúp cách nhiệt các kết nối không bị chập vào khung nhôm và cũng cung cấp một khối lượng dẻo để chèn vào khe ở phía trước của khung xe như hình.

Trong ví dụ này, bốn chân trên HC-SR04 có thể được nối dây với tấm chắn động cơ:

• VCC (trên HC-SR04) đến VIN (trên tấm chắn động cơ)
• Kích hoạt (trên HC-SR04) đến D6 (trên tấm chắn động cơ)
• Echo (trên HC-SR04) đến D7 (trên tấm chắn động cơ)
• GND (trên HC-SR04) sang GND (trên tấm chắn động cơ)

VIN sẽ cung cấp khoảng 6VDC cho HC-SR04, chỉ cần 5V. Tuy nhiên, điều đó dường như hoạt động tốt. Đường ray nguồn có sẵn khác (3.3V) đôi khi đủ để cấp nguồn cho mô-đun HC-SR04 (chắc chắn hãy thử), nhưng đôi khi nó không đủ điện áp.

Khi điều này được kết nối, hãy thử mã ví dụ NodeMCUping.ino để kiểm tra hoạt động của HC-SR04. Khoảng cách từ cảm biến đến bất kỳ đối tượng nào được in trên màn hình nối tiếp (bảng 9600) tính bằng cm. Nhận thước của chúng tôi và kiểm tra độ chính xác. Thật ấn tượng phải không?

Bây giờ bạn đã có gợi ý này, hãy thử một cái gì đó như thế này cho một chiếc xe tự hành, tránh va chạm:

1. chuyển tiếp cho đến khi khoảng cách <10cm
2. tạm dừng lại
3. đảo ngược một khoảng cách nhỏ (tùy chọn)
4. quay một góc ngẫu nhiên (thời gian)
5. lặp lại bước 1

Để biết một số thông tin cơ bản chung, đây là video hướng dẫn đầy đủ chi tiết để sử dụng mô-đun HC-SR04.

Bước 9: Cảm biến để điều hướng tự động: Phản xạ hồng ngoại (IR)

Mô-đun Cảm biến phản xạ IR sử dụng TCRT5000 (biểu dữ liệu) để phát hiện màu sắc và khoảng cách. Mô-đun phát ra ánh sáng IR và sau đó phát hiện xem nó có nhận được phản xạ hay không. Nhờ khả năng nhận biết bề mặt có màu trắng hay đen, cảm biến này thường được sử dụng để theo dõi robot và ghi dữ liệu tự động trên đồng hồ đo tiện ích.

Khoảng cách đo từ 1mm đến 8mm, và điểm trung tâm là khoảng 2,5mm. Ngoài ra còn có một chiết áp trên bo mạch để điều chỉnh độ nhạy. Diode IR sẽ phát ra ánh sáng IR liên tục khi mô-đun được kết nối với nguồn điện. Khi ánh sáng hồng ngoại phát ra không bị phản xạ, triode sẽ ở trạng thái tắt khiến đầu ra kỹ thuật số (D0) cho biết mức logic THẤP.

Bước 10: Tia laze

Các mô-đun laser 5V 5mW thông thường này có thể được sử dụng để thêm chùm tia laser màu đỏ vào hầu hết mọi thứ có sẵn nguồn 5V.

Lưu ý rằng các mô-đun này có thể dễ bị hỏng, vì vậy HackerBox # 0013 bao gồm một vài mô-đun để dự phòng. Hãy cẩn thận với các mô-đun laser của bạn!

Bước 11: Chẩn đoán trên ô tô (OBD)

Chẩn đoán trên xe (OBD) là một thuật ngữ ô tô đề cập đến khả năng tự chẩn đoán và báo cáo của xe. Hệ thống OBD cung cấp cho chủ xe hoặc kỹ thuật viên sửa chữa quyền truy cập vào trạng thái của các hệ thống phụ khác nhau của xe. Lượng thông tin chẩn đoán có sẵn thông qua OBD đã thay đổi rộng rãi kể từ khi nó được giới thiệu vào đầu những năm 1980 của các phiên bản máy tính trên xe. Các phiên bản đầu tiên của OBD sẽ chỉ phát sáng đèn báo trục trặc nếu phát hiện ra vấn đề nhưng sẽ không cung cấp bất kỳ thông tin nào về bản chất của vấn đề. Việc triển khai OBD hiện đại sử dụng một cổng giao tiếp kỹ thuật số được tiêu chuẩn hóa để cung cấp dữ liệu thời gian thực ngoài một loạt mã sự cố chẩn đoán hoặc DTC được tiêu chuẩn hóa, cho phép người ta nhanh chóng xác định và khắc phục các trục trặc bên trong xe.

OBD-II là một cải tiến về cả khả năng và tiêu chuẩn hóa. Tiêu chuẩn OBD-II chỉ định loại đầu nối chẩn đoán và sơ đồ chân của nó, các giao thức tín hiệu điện khả dụng và định dạng nhắn tin. Nó cũng cung cấp một danh sách ứng viên các thông số xe cần theo dõi cùng với cách mã hóa dữ liệu cho từng thông số. Có một chốt trong đầu nối cung cấp năng lượng cho công cụ quét từ pin xe, giúp loại bỏ sự cần thiết phải kết nối công cụ quét với nguồn điện riêng biệt. Mã sự cố chẩn đoán OBD-II có 4 chữ số, đứng trước một chữ cái: P cho động cơ và hộp số (hệ thống truyền lực), B cho thân, C cho khung và U cho mạng. Các nhà sản xuất cũng có thể thêm các thông số dữ liệu tùy chỉnh vào việc triển khai OBD-II cụ thể của họ, bao gồm các yêu cầu dữ liệu thời gian thực cũng như mã sự cố.

ELM327 là bộ vi điều khiển được lập trình để giao tiếp với giao diện chẩn đoán trên bo mạch (OBD) được tìm thấy trong hầu hết các xe ô tô hiện đại. Giao thức lệnh ELM327 là một trong những tiêu chuẩn giao diện PC-to-OBD phổ biến nhất và cũng được thực hiện bởi các nhà cung cấp khác. ELM327 ban đầu được thực hiện trên vi điều khiển PIC18F2480 của Microchip Technology. ELM327 tóm tắt giao thức cấp thấp và trình bày một giao diện đơn giản có thể được gọi qua UART, thường bằng công cụ chẩn đoán cầm tay hoặc chương trình máy tính được kết nối bằng USB, RS-232, Bluetooth hoặc Wi-Fi. Chức năng của phần mềm này có thể bao gồm thiết bị bổ sung cho xe, báo cáo mã lỗi và xóa mã lỗi.

Mặc dù Mô-men xoắn có lẽ được biết đến nhiều nhất, nhưng có rất nhiều ứng dụng có thể được sử dụng với ELM327.

Bước 12: Hack hành tinh

Cảm ơn bạn đã chia sẻ cuộc phiêu lưu của chúng tôi vào lĩnh vực điện tử ô tô. Nếu bạn đã thích bài giảng này và muốn có một hộp các dự án điện tử như thế này được gửi đến hộp thư của bạn mỗi tháng, hãy tham gia với chúng tôi bằng cách ĐĂNG KÝ TẠI ĐÂY.

Tiếp cận và chia sẻ thành công của bạn trong các bình luận bên dưới và / hoặc trên trang Facebook HackerBoxes. Chắc chắn hãy cho chúng tôi biết nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc cần trợ giúp về bất cứ điều gì. Cảm ơn bạn đã là một phần của HackerBoxes. Vui lòng tiếp tục đề xuất và phản hồi của bạn. HackerBoxes là hộp của BẠN. Hãy làm một cái gì đó tuyệt vời!