HackerBoxes 0013: Autosport: 12 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

AUTOSPORT: Ovog mjeseca, HackerBox Hakeri istražuju automobilsku elektroniku. Ovaj Instructable sadrži informacije za rad s HackerBoxes -om #0013. Ako želite svakog mjeseca primati ovakvu kutiju na svoje poštansko sanduče, vrijeme je da se pretplatite na HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji!

Teme i ciljevi učenja za ovaj HackerBox:

• Prilagođavanje NodeMCU -a za Arduino
• Sklapanje 2WD automobilskog kompleta
• Ožičenje NodeMCU -a za kontrolu 2WD automobilskog kompleta
• Upravljanje NodeMCU -om putem WiFi -a pomoću Blynka
• Korištenje senzora za autonomnu navigaciju
• Rad s automobilskom dijagnostikom na vozilu (OBD)

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računarsku tehnologiju. Mi smo hobisti, tvorci i eksperimentatori. Hakirajte planetu!

Korak 1: HackerBoxes 0013: Sadržaj kutije

• HackerBoxes #0013 Kolekciona referentna kartica
• 2WD Komplet šasije automobila
• NodeMCU WiFi procesorski modul
• Motorni štit za NodeMCU
• Blok kratkospojnika za štit motora
• Kutija za baterije (4 x AA)
• HC-SR04 Ultrazvučni senzor za rangiranje
• TCRT5000 IR senzori refleksije
• DuPont žensko-ženske skakačice 10 cm
• Dva crvena laserska modula
• Mini-ELM327 ugrađena dijagnostika (OBD)
• Ekskluzivna HackerBoxes trkačka naljepnica

Još neke stvari koje će vam biti od pomoći:

• Četiri AA baterije
• Dvostrana pjenasta traka ili čičak trake
• microUSB kabl
• Pametni telefon ili tablet
• Računalo sa Arduino IDE

Ono što je najvažnije, trebat će vam osjećaj avanture, DIY duh i znatiželja hakera. Hardcore hobistička elektronika nije uvijek laka, ali kad ustrajete i uživate u avanturi, veliko zadovoljstvo može biti rezultat ustrajnosti i uspješnosti vaših projekata. Samo polako poduzimajte svaki korak, vodite računa o detaljima i ne ustručavajte se zatražiti pomoć.

Korak 2: Automobilska elektronika i samovozeći automobili

Automobilska elektronika su svi elektronički sistemi koji se koriste u cestovnim vozilima. Ovo uključuje računare, telematiku, sisteme za zabavu u automobilu itd. Automobilska elektronika proizašla je iz potrebe za upravljanjem motorima. Prvi su korišteni za kontrolu funkcija motora i nazivali su se upravljačke jedinice motora (ECU). Kako su se elektroničke kontrole počele koristiti za sve više automobilskih aplikacija, kratica ECU poprimila je općenitije značenje "elektroničke upravljačke jedinice", a zatim su razvijene posebne ECU. Sada su ECU modularne. Dva tipa uključuju upravljačke module motora (ECM) ili upravljačke module mjenjača (TCM). Savremeni automobil može imati do 100 ECU -a.

Radio-upravljani automobili (R/C automobili) su automobili ili kamioni kojima se može upravljati na daljinu pomoću specijaliziranog odašiljača ili daljinskog upravljača. Izraz "R/C" korišten je za značenje "daljinski upravljanog" i "radio-kontrolisanog", ali uobičajena upotreba "R/C" danas se obično odnosi na vozila kojima se upravlja putem radio-frekvencijske veze.

Autonomni automobil (automobil bez vozača, auto koji se sam upravlja, robotski automobil) je vozilo koje je sposobno osjetiti svoju okolinu i kretati se bez ljudskog udjela. Autonomni automobili mogu otkriti okolinu pomoću različitih tehnika kao što su radar, lidar, GPS, odometrija i računarski vid. Napredni sistemi upravljanja tumače senzorne informacije radi identifikacije odgovarajućih puteva navigacije, kao i prepreka i relevantnih oznaka. Autonomni automobili imaju sisteme upravljanja koji su sposobni analizirati senzorne podatke kako bi razlikovali različite automobile na cesti, što je vrlo korisno pri planiranju puta do željenog odredišta.

Korak 3: Arduino za NodeMCU

NodeMCU je IoT platforma otvorenog koda. Uključuje firmver koji radi na ESP8266 Wi-Fi SoC-u kompanije Espressif Systems i hardver zasnovan na modulu ESP-12.

Arduino IDE sada se može lako proširiti za podršku programiranju NodeMCU modula kao da su bilo koja druga Arduino razvojna platforma.

Za početak provjerite imate li instaliran Arduino IDE (www.arduino.cc) kao i upravljačke programe za odgovarajući serijski-USB čip na modulu NodeMCU koji koristite. Trenutno većina NodeMCU modula uključuje serijski-USB čip CH340. Proizvođač čipova CH340 (WCH.cn) ima dostupne upravljačke programe za sve popularne operativne sisteme. Pogledajte Googleovu stranicu za prevođenje njihove web stranice.

Pokrenite Ardino IDE, idite u postavke i locirajte polje za unos "Dodatnih URL -ova upravitelja ploče"

Zalijepite ovaj URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Za instaliranje Upravitelja ploče za ESP8266.

Nakon instalacije zatvorite IDE i ponovo ga pokrenite.

Sada povežite NodeMCU modul s računarom pomoću microUSB kabla (kao što ga koristi većina mobilnih telefona i tableta).

Odaberite vrstu ploče unutar Arduino IDE -a kao NodeMCU 1.0

Uvijek volimo učitati i testirati blink demo na novoj Arduino ploči samo kako bismo stekli pouzdanje da sve radi ispravno. NodeMCU nije izuzetak, ali morate prevesti LED pin sa pin13 na pin16 prije kompajliranja i učitavanja. Uvjerite se da ovaj brzi test ispravno radi prije nego prijeđete na bilo što složenije s Arduino NodeMCU -om.

Evo uputstava koja prolaze kroz postupak postavljanja Arduino NodeMCU -a s nekim različitim primjerima aplikacija. Ovdje je pomalo skretanje s cilja, ali bi moglo biti korisno potražiti drugo gledište ako zaglavite.

Korak 4: 2WD komplet šasije automobila

Sadržaj kompleta šasije automobila 2WD:

• Aluminijsko kućište (boje se razlikuju)
• Dva FM90 DC motora
• Dva točka sa gumenim gumama
• Kotač slobodnog hoda
• Montažni hardver
• Montažni hardver

Motori jednosmerne struje FM90 izgledaju kao mikro servomotori jer su ugrađeni u isto plastično kućište kao i uobičajeni mikro servomotori, poput FS90, FS90R ili SG92R. Međutim, FM90 nije servo. FM90 je istosmjerni motor sa plastičnim zupčanikom.

Brzina motora FM90 kontrolira se impulsnom širinom (PWM) kabela za napajanje. Smjer se kontrolira zamjenom polariteta napajanja kao kod svakog četkastog istosmjernog motora. FM90 može raditi na 4-6 V DC. Iako mali, on vuče dovoljno struje da ga ne treba pokretati direktno sa pina mikrokontrolera. Treba koristiti motor ili H-most.

FM90 DC motor specifikacije:

• Dimenzije: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Broj slonova: 21
• Težina: 8,4g
• Brzina bez opterećenja: 110 o / min (4,8 V) / 130 O / min (6 V)
• Radna struja (bez opterećenja): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Najveći obrtni moment pri zaustavljanju (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Maksimalni obrtni moment pri zaustavljanju (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Zaustavljena struja: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Korak 5: Šasija automobila: mehanički sklop

Šasija automobila može se lako sastaviti prema ovom dijagramu.

Imajte na umu da postoje dvije male vrećice hardvera. Jedan uključuje montažni hardver sa šest mesinganih razmaknica 5 mm-M3 zajedno s odgovarajućim vijcima i maticama. Ovaj montažni hardver može biti koristan u kasnijim koracima montiranja kontrolera, senzora i drugih stavki na šasiju.

Za ovaj korak koristit ćemo montažni hardver koji uključuje:

• Četiri tanka vijka M2x8 i male odgovarajuće matice za pričvršćivanje motora
• Četiri deblja vijka M3x10 i veće odgovarajuće matice za pričvršćivanje kotača
• Dva vijka PB2.0x8 sa grubim navojem za pričvršćivanje točkova na motore

Imajte na umu da su motori FM90 orijentirani tako da se žičani vodiči protežu od stražnje strane sastavljene šasije.

Korak 6: Šasija automobila: Dodajte napajanje i kontroler

Ploča štitnika motora ESP-12E podržava direktno priključivanje NodeMCU modula. Štitnik motora uključuje L293DD čip pokretački sklop motora (lista s podacima). Kablove žice motora treba spojiti na vijke A+/A- i B+/B- na štitu motora (nakon uklanjanja konektora). Kablovi akumulatora trebaju biti spojeni na ulazne stezaljke akumulatora.

Ako se jedan od kotača okrene u pogrešnom smjeru, žice do odgovarajućeg motora mogu se zamijeniti na vijčanim stezaljkama ili se smjer bit može obrnuti u kodu (sljedeći korak).

Na štitniku motora nalazi se plastično dugme za napajanje koje aktivira ulaz baterije. Kratkospojni blok se može koristiti za usmjeravanje napajanja do NodeMCU -a iz štita motora. Bez instaliranog kratkospojnog bloka, NodeMCU se može napajati putem USB kabela. S instaliranim kratkospojnim blokom (kao što je prikazano), napajanje baterije napaja motore i također se dovodi do NodeMCU modula.

Štitnik motora i komplet baterija mogu se montirati na kućište tako da se rupe za vijke poravnaju s dostupnim otvorima u aluminijskom kućištu. Međutim, lakše nam je samo ih pričvrstiti na šasiju pomoću dvostrane pjenaste trake ili ljepljivih čičak traka.

Korak 7: Šasija automobila: programiranje i Wi-Fi kontrola

Blynk je platforma sa iOS i Android aplikacijama za kontrolu Arduina, Raspberry Pi i drugog hardvera putem Interneta. To je digitalna nadzorna ploča na kojoj možete izgraditi grafičko sučelje za svoj projekt jednostavnim povlačenjem i ispuštanjem widgeta. Vrlo je jednostavno sve postaviti i odmah ćete početi petljati. Blynk će vas spojiti na internet i pripremiti za Internet vaših stvari.

Ovdje uključena skripta HBcar.ino Arduino prikazuje kako spojiti četiri gumba (naprijed, natrag, desno i lijevo) na Blynk projektu za upravljanje motorima na šasiji 2WD automobila.

Prije kompajliranja potrebno je promijeniti tri niza u programu:

• Wi-Fi SSID (za vašu Wi-Fi pristupnu tačku)
• Lozinka za Wi-Fi (za vašu Wi-Fi pristupnu tačku)
• Blynk autorizacijski token (iz vašeg Blynk projekta)

Imajte na umu iz primjera koda da je čip L293DD na štitu motora ožičen na sljedeći način:

• GPIO pin 5 za motor A brzine
• GPIO pin 0 za smjer motora A
• GPIO pin 4 za motor B brzine
• GPIO pin 2 za smjer motora B

Korak 8: Senzori za autonomnu navigaciju: Ultrazvučni daljinomer

HC-SR04 ultrazvučni daljinomer (tehnički list) može pružiti mjerenja od oko 2 cm do 400 cm s preciznošću do 3 mm. HC-SR04 modul uključuje ultrazvučni predajnik, prijemnik i upravljačko kolo.

Nakon što ste pričvrstili četiri žensko-ženska kratkospojnika na igle HC-SR04, omotavanje neke trake oko konektora može pomoći u izolaciji spojeva od kratkog spoja na aluminijsko kućište, a također može pružiti savitljivu masu koja će se zabiti u utor na prednjoj strani šasiju kako je prikazano.

U ovom primjeru četiri pina na HC-SR04 mogu se spojiti na štitnik motora:

• VCC (na HC-SR04) na VIN (na štitu motora)
• Okidač (na HC-SR04) na D6 (na štitu motora)
• Eho (na HC-SR04) do D7 (na štitu motora)
• GND (na HC-SR04) na GND (na štitu motora)

VIN će napajati oko 6VDC HC-SR04, kojem je potrebno samo 5V. Međutim, čini se da to dobro funkcionira. Druga raspoloživa energetska vodilica (3,3 V) ponekad je dovoljna za napajanje HC-SR04 modula (svakako pokušajte), ali ponekad nema dovoljan napon.

Nakon što je ovo ožičeno, isprobajte primjer koda NodeMCUping.ino da biste testirali rad HC-SR04. Udaljenost od senzora do bilo kojeg objekta ispisana je na serijskom monitoru (9600 ploča) u centimetrima. Nabavite naše ravnalo i provjerite tačnost. Impresivno zar ne?

Sada kada imate ovaj savjet, pokušajte ovako nešto za autonomno vozilo koje izbjegava sudar:

1. naprijed do udaljenosti <10 cm
2. halt
3. obrnuti malu udaljenost (opcionalno)
4. okrenite nasumični ugao (vrijeme)
5. petlja do koraka 1

Za neke opće osnovne informacije, ovdje je video vodič s detaljima o korištenju HC-SR04 modula.

Korak 9: Senzori za autonomnu navigaciju: Infracrvena (IC) refleksija

Modul IC reflektirajućeg senzora koristi TCRT5000 (podatkovni list) za otkrivanje boje i udaljenosti. Modul emitira IC svjetlo i tada detektira prima li refleksiju. Zahvaljujući svojoj sposobnosti da otkrije da li je površina bijela ili crna, ovaj senzor se često koristi u liniji nakon robota i automatskog evidentiranja podataka na vodomerima.

Raspon udaljenosti mjerenja je od 1 mm do 8 mm, a središnja tačka je oko 2,5 mm. Ugrađen je i potenciometar za podešavanje osjetljivosti. IR dioda će kontinuirano emitirati IC svjetlo kada je modul priključen na napajanje. Kada se emitirano infracrveno svjetlo ne reflektira, trioda će biti u isključenom stanju uzrokujući da digitalni (D0) izlaz pokazuje logičku NISKU.

Korak 10: Laserski zraci

Ovi uobičajeni laserski moduli od 5mW 5V mogu se koristiti za dodavanje crvenih laserskih zraka na gotovo sve što ima dostupnu snagu od 5V.

Imajte na umu da se ovi moduli mogu lako oštetiti, pa HackerBox #0013 uključuje nekoliko njih koji pružaju sigurnosnu kopiju. Pazite sa svojim laserskim modulima!

Korak 11: Automatska dijagnostika na vozilu (OBD)

Ugrađena dijagnostika (OBD) automobilski je izraz koji se odnosi na samodijagnostiku i izvještavanje vozila. OBD sistemi vlasniku vozila ili tehničaru za popravke omogućuju pristup statusu različitih podsistema vozila. Količina dijagnostičkih informacija dostupnih putem OBD-a uvelike se razlikovala od uvođenja verzija računara u vozilima ranih 1980-ih. Rane verzije OBD -a jednostavno bi osvijetlile indikatorsku lampicu kvara ako se otkrije problem, ali ne bi dale nikakve informacije o prirodi problema. Moderne OBD implementacije koriste standardizirani digitalni komunikacijski port za pružanje podataka u stvarnom vremenu, pored standardnog niza dijagnostičkih kodova grešaka ili DTC-a, koji omogućuju brzo prepoznavanje i otklanjanje kvarova u vozilu.

OBD-II je poboljšanje sposobnosti i standardizacije. OBD-II standard specificira tip dijagnostičkog konektora i njegov pinout, dostupne protokole električne signalizacije i format slanja poruka. On također daje listu kandidata parametara vozila za nadgledanje, zajedno sa načinom kodiranja podataka za svaki. U konektoru se nalazi pin koji napaja alat za ispitivanje iz akumulatora vozila, što eliminira potrebu za zasebnim povezivanjem alata za ispitivanje na izvor napajanja. OBD-II dijagnostički kodovi kvarova su četveroznamenkasti, ispred kojih slijedi slovo: P za motor i prijenos (pogonski sklop), B za karoseriju, C za šasiju i U za mrežu. Proizvođači mogu dodati i prilagođene parametre podataka svojoj specifičnoj OBD-II implementaciji, uključujući zahtjeve za podacima u stvarnom vremenu, kao i kodove problema.

ELM327 je programirani mikrokontroler za povezivanje sa interfejsom dijagnostike na vozilu (OBD) koji se nalazi u većini modernih automobila. Komandni protokol ELM327 jedan je od najpopularnijih standarda interfejsa PC-to-OBD, a implementiraju ga i drugi proizvođači. Originalni ELM327 implementiran je na mikrokontroleru PIC18F2480 kompanije Microchip Technology. ELM327 apstrahira protokol niske razine i predstavlja jednostavno sučelje koje se može pozvati putem UART-a, obično pomoću ručnog dijagnostičkog alata ili računarskog programa povezanog putem USB-a, RS-232, Bluetooth-a ili Wi-Fi-ja. Funkcija takvog softvera može uključivati dodatne instrumente vozila, prijavljivanje kodova grešaka i brisanje kodova grešaka.

Iako je Torque vjerojatno najpoznatiji, postoji mnogo aplikacija koje se mogu koristiti s ELM327.

Korak 12: Hakirajte planetu

Hvala vam što ste našu avanturu podijelili s automobilskom elektronikom. Ako ste uživali u ovom Instrucable -u i želite da vam kutija elektronskih projekata poput ove svakog mjeseca stiže direktno u poštansko sanduče, pridružite nam se OVDJE.

Javite se i podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod i/ili na Facebook stranici HackerBoxes. Svakako nas obavijestite ako imate pitanja ili trebate pomoć oko bilo čega. Hvala vam što ste dio HackerBox -a. Molimo da vaše prijedloge i povratne informacije stižu. HackerBox -ovi su VAŠE kutije. Napravimo nešto sjajno!