Voiture RC recyclée : 23 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Les voitures RC ont toujours été une source d'excitation pour moi. Ils sont rapides, ils sont amusants et vous n'avez pas à vous inquiéter si vous les écrasez. Pourtant, en tant que passionné de RC plus âgé et plus mature, je ne peux pas être vu en train de jouer avec de petites voitures RC pour enfants. Je dois en avoir de gros, à taille humaine. C'est là qu'un problème se pose: les voitures RC pour adultes sont chères. En naviguant en ligne, le moins cher que j'ai pu trouver coûte 320 $, la moyenne étant d'environ 800 $. Mon ordinateur est moins cher que ces jouets !

Sachant que je ne peux pas me permettre ces jouets, le fabricant en moi a dit que je pouvais fabriquer une voiture pour un dixième du prix. Ainsi, j'ai commencé mon voyage pour transformer les déchets en or

Fournitures

Les pièces nécessaires pour la voiture RC sont les suivantes:

• Voiture RC d'occasion
• Pilote de moteur L293D (formulaire DIP)
• Arduino Nano
• Module radio NRF24L01+
• Batterie de drone RC (ou toute autre batterie à courant élevé)
• Convertisseurs Buck LM2596 (2)
• Fils
• Perfboard
• Petits composants divers (broches d'en-tête, bornes à vis, condensateurs, etc.)

Les pièces nécessaires pour le contrôleur RC sont les suivantes:

• Manette d'occasion (doit avoir 2 joysticks analogiques)
• Arduino Nano
• Module radio NRF24L01+
• Fils électriques

Étape 1: Trésor recyclé

Ce projet a débuté il y a environ un an lorsque mes amis et moi avions prévu de fabriquer une voiture pilotée par ordinateur pour un projet de hackathon (concours de codage). Mon plan était d'aller dans une friperie, d'acheter la plus grande voiture RC que j'ai pu trouver, de vider l'intérieur et de la remplacer par une ESP32.

À un moment critique, je me suis précipité chez Savers, j'ai acheté une voiture RC et je me suis préparé pour le hackathon. Malheureusement, la plupart des pièces dont j'avais besoin ne sont pas arrivées à temps, j'ai donc dû abandonner complètement le projet.

Depuis lors, la voiture RC a ramassé la poussière sous mon lit, jusqu'à maintenant…

Rapide vue d'ensemble:

Dans ce projet, je vais réutiliser une voiture jouet d'occasion et un contrôleur infrarouge pour créer la voiture RC upcyclée. Je vais vider l'intérieur, implanter des Arduino Nano et utiliser le module radio NRF24L01+ pour communiquer entre les deux.

Étape 2: Théorie

« Comprendre comment quelque chose fonctionne est plus important que de savoir comment le faire fonctionner. »

- Kevin Yang 2020-05-17 (je viens d'inventer ça)

Cela dit, commençons à parler de la théorie et de l'électronique derrière la voiture RC Upcycled.

Côté voiture, nous utiliserons un NRF24L01+, un Arduino Nano, un pilote de moteur L293D, les moteurs de la voiture RC et deux convertisseurs buck. Un convertisseur abaisseur fournira la tension d'entraînement pour le moteur tandis que l'autre fournira 5V pour l'Arduino Nano.

Du côté du contrôleur, nous utiliserons un NRF24L01+, un Arduino Nano et les joysticks analogiques du contrôleur réutilisé.

Étape 3: Le NRF24L01+

Avant de commencer, je devrais probablement expliquer l'éléphant dans la pièce: le NRF24L01+. Si vous ne connaissez pas déjà son nom, la NRF24 est une puce produite par Nordic Semiconductors. Il est très populaire dans la communauté des fabricants pour la communication radio en raison de son prix bas, de sa petite taille et de sa documentation bien écrite.

Alors, comment fonctionne réellement le module NRF ? Eh bien pour commencer, le NRF24L01+ fonctionne sur la fréquence 2,4 GHz. Il s'agit de la même fréquence que Bluetooth et Wifi (avec de légères variations !). La puce communique entre un Arduino à l'aide de SPI, un protocole de communication à quatre broches. Pour l'alimentation, le NRF24 utilise 3,3 V mais les broches tolèrent également 5 V. Cela nous permet d'utiliser un Arduino Nano, qui utilise une logique 5V, avec le NRF24, qui utilise une logique 3.3V. Quelques autres caractéristiques sont les suivantes.

Caractéristiques notables:

• Fonctionne sur la bande passante 2,4 GHz
• Plage de tension d'alimentation: 1,6 - 3,6 V
• Tolérance 5V
• Utilise la communication SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Prend 5 broches (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Peut déclencher des interruptions - IRQ (Très important dans ce projet !)
• Mode veille
• Consomme 900nA - 12mA
• Portée de transmission: ~ 100 mètres (variera selon l'emplacement géographique)
• Coût: 1,20 $ par module (Amazon)

Si vous souhaitez en savoir plus sur le NRF24L01+, consultez la section Lectures supplémentaires à la fin

Étape 4: Le L293D - Pilote de moteur à double pont en H

Bien que l'Arduino Nano puisse fournir suffisamment de courant pour alimenter une LED, il n'y a aucun moyen que le Nano puisse alimenter un moteur par lui-même. Par conséquent, nous devons utiliser un pilote spécial pour contrôler le moteur. En plus de pouvoir fournir le courant, la puce du pilote protégera également l'Arduino contre les pics de tension résultant de l'allumage et de l'extinction du moteur.

Insérez le L293D, un pilote de moteur quadruple demi-pont en H, ou en termes simples, une puce qui peut entraîner deux moteurs en avant et en arrière.

Le L293D s'appuie sur des ponts en H pour contrôler à la fois la vitesse d'un moteur ainsi que la direction. Une autre caractéristique est l'isolation de l'alimentation, qui permet à l'Arduino de fonctionner à partir d'une source d'alimentation séparée des moteurs.

Étape 5: Vider la voiture

Assez de théorie et commençons réellement à construire !

Étant donné que la voiture RC n'est pas livrée avec un contrôleur (rappelez-vous qu'il provient d'une friperie), l'électronique intérieure est fondamentalement inutile. Ainsi, j'ai ouvert la voiture RC et jeté la carte contrôleur dans ma poubelle.

Il est maintenant important de prendre quelques notes avant de commencer. Une chose à noter est la tension d'alimentation de la voiture RC. La voiture que j'ai achetée est très ancienne, bien avant que les batteries à base de lithium ne soient courantes. Cela signifie que cette voiture RC était alimentée par une batterie Ni-Mh avec une tension nominale de 9,6 volts. Ceci est important car ce sera la tension à laquelle nous entraînerons les moteurs.

Étape 6: Comment fonctionne la voiture ?

Je peux dire avec certitude à 99% que ma voiture n'est pas la même que la vôtre, ce qui signifie que cette section est essentiellement inutile. Cependant, il est important de souligner quelques caractéristiques de ma voiture, car je vais baser ma conception sur cela.

Pilotage

Contrairement aux voitures RC modernes, la voiture que je modifie n'utilise pas de servomoteur pour tourner. Au lieu de cela, ma voiture utilise un moteur brossé de base et des ressorts. Cela présente de nombreux inconvénients notamment parce que je n'ai pas la capacité de faire de beaux virages. Cependant, un avantage immédiat est que je n'ai besoin d'aucune interface de contrôle compliquée pour tourner. Tout ce que j'ai à faire est d'alimenter le moteur avec une certaine polarité (selon le sens dans lequel je veux tourner).

Essieu différentiel

Étonnamment, ma voiture RC contient également un essieu différentiel et deux modes de transmission différents. C'est assez amusant car les différentiels se trouvent généralement dans les voitures réelles, pas dans les petites RC. Je pense qu'avant que cette voiture ne soit dans les rayons d'une friperie, c'était un modèle RC haut de gamme.

Étape 7: La question du pouvoir

Avec les fonctionnalités à l'écart, nous devons maintenant parler de la partie la plus importante de cette construction: comment allons-nous propulser la voiture RC ? Et pour être plus précis: quelle quantité de courant est nécessaire pour entraîner les moteurs ?

Pour répondre à cela, j'ai connecté une batterie de drone à un convertisseur buck, où j'ai laissé tomber le 11V de la batterie au 9,6V des moteurs. À partir de là, j'ai réglé le multimètre sur le mode courant 10A et j'ai terminé le circuit. Mon compteur a lu que les moteurs avaient besoin de 300 mA de courant pour tourner en air libre.

Bien que cela puisse sembler peu, la mesure qui nous intéresse vraiment est le courant de calage des moteurs. Pour mesurer cela, j'ai mis mes mains sur les roues pour les empêcher de tourner. Quand j'ai regardé mon compteur, il affichait un solide 1A.

Sachant que les moteurs d'entraînement consommeront environ un ampère, j'ai ensuite procédé au test des moteurs de direction qui consommaient 500 mA lorsqu'ils étaient bloqués. Avec ces connaissances, je suis arrivé à la conclusion que je pouvais alimenter l'ensemble du système à partir d'une batterie de drone RC et de deux convertisseurs buck LM2596*.

*Pourquoi des contrôleurs à deux dollars ? Eh bien, chaque LM2596 a un courant maximum de 3A. Si j'alimentais tout à partir d'un convertisseur buck, j'allais consommer beaucoup de courant et, par conséquent, j'aurais des pics de tension assez importants. De par sa conception, la force Arduino Nano se repose à chaque fois qu'il y a un pic de tension important. Par conséquent, j'ai utilisé deux convertisseurs pour alléger la charge et garder le Nano isolé des moteurs.

Un dernier composant important dont nous avons besoin est un testeur de tension de cellule Li-Po. Le but de cela est de protéger la batterie contre une décharge excessive pour éviter de ruiner la durée de vie de la batterie (maintenez toujours la tension de la cellule d'une batterie au lithium au-dessus de 3,5 V !)

Étape 8: Circuit de voiture RC

Une fois le problème d'alimentation résolu, nous pouvons maintenant construire le circuit. Ci-dessus, le schéma que j'ai fait pour la voiture RC.

Gardez à l'esprit que je n'ai pas inclus la connexion du voltmètre de la batterie. Pour utiliser le voltmètre, il vous suffit de connecter le connecteur de la balance aux broches respectives du voltmètre. Si vous ne l'avez jamais fait auparavant, cliquez sur la vidéo liée dans la section Lectures supplémentaires pour en savoir plus.

Notes sur le circuit

Les broches d'activation (1, 9) du L293D nécessitent un signal PWM pour avoir une vitesse variable. Cela signifie que seules quelques broches de l'Arduino Nano peuvent y être connectées. Pour les autres broches du L293D, tout est permis.

Étant donné que le NRF24L01+ communique via SPI, nous devons connecter ses broches SPI aux broches SPI de l'Arduino Nano (connectez donc MOSI -> MOSI, MISO -> MISO et SCK -> SCK). Il est également important de noter que j'ai connecté la broche IRQ du NRF24 à la broche 2 de l'Arduino Nano. C'est parce que la broche IRQ passe au niveau BAS chaque fois que le NR24 reçoit un message. Sachant cela, je peux déclencher une interruption pour dire au Nano de lire la radio. Cela permet au Nano de faire d'autres choses en attendant de nouvelles données.

Étape 9: PCB

Comme je veux en faire une conception modulaire, j'ai créé un PCB en utilisant une carte de perforation et de nombreuses broches d'en-tête.

Étape 10: Connexions finales

Avec le PCB fait et la voiture RC éviscérée, j'ai utilisé des fils d'alligator pour tester si tout fonctionne.

Après avoir vérifié que toutes les connexions sont correctes, j'ai remplacé les fils d'alligator par de vrais câbles et j'ai fixé tous les composants au châssis.

À ce stade, vous vous êtes peut-être rendu compte que cet article n'est pas un guide étape par étape. C'est parce qu'il est tout simplement impossible d'écrire chaque étape, donc à la place, les prochaines étapes d'Instructables me permettront de partager quelques astuces que j'ai apprises lors de la fabrication de la voiture.

Étape 11: Astuce 1: Placement du module radio

Pour augmenter la portée de la voiture RC, j'ai placé le module radio NRF aussi loin que possible sur le côté. C'est parce que les ondes radio se reflètent sur les métaux tels que les PCB et les fils, réduisant ainsi la portée. Pour résoudre ce problème, j'ai placé le module sur le côté même du PCB et j'ai découpé une fente dans le boîtier de la voiture pour lui permettre de dépasser.

Étape 12: Astuce 2: Restez modulaire

Une autre chose que j'ai faite qui m'a sauvé plusieurs fois est de tout connecter via des broches d'en-tête et des borniers. Cela permet un échange facile des pièces si l'un des composants est frit (pour une raison quelconque…).

Étape 13: Astuce 3: Utilisez des dissipateurs de chaleur

Les moteurs de ma voiture RC poussent le L293D à ses limites. Alors que le pilote de moteur peut gérer jusqu'à 600 mA en continu, cela signifie également qu'il devient très chaud et rapide ! C'est pourquoi c'est une bonne idée d'ajouter de la pâte thermique et des dissipateurs thermiques pour empêcher le L293D de se cuire. Cependant, même avec les dissipateurs thermiques, la puce peut encore devenir trop chaude au toucher. C'est pourquoi c'est une bonne idée de laisser la voiture refroidir après 2-3 minutes de jeu.

Étape 14: Contrôleur RC

Une fois la voiture RC terminée, nous pouvons commencer à fabriquer le contrôleur.

Comme la voiture RC, j'ai également acheté le contrôleur il y a quelque temps en pensant que je pouvais en faire quelque chose. Ironiquement, le contrôleur est en fait un contrôleur IR, il utilise donc des LED IR pour communiquer entre les appareils.

L'idée de base avec cette construction est de garder la carte d'origine à l'intérieur du contrôleur et de construire l'Arduino et le NRF24L01+ autour d'elle.

Étape 15: les bases du joystick analogique

La connexion à un joystick analogique peut être intimidante, en particulier parce qu'il n'y a pas de carte de dérivation pour les broches. Pas de souci! Tous les joysticks analogiques fonctionnent selon le même principe directeur et ont généralement le même brochage.

Essentiellement, les joysticks analogiques ne sont que deux potentiomètres qui changent la résistance lorsqu'ils sont déplacés dans des directions différentes. Par exemple, lorsque vous déplacez le joystick vers la droite, le potentiomètre de l'axe x change de valeur. Désormais, lorsque vous déplacez le joystick vers l'avant, le potentiomètre de l'axe y change de valeur.

Dans cet esprit, si nous regardons le dessous du joystick analogique, nous voyons 6 broches, 3 pour le potentiomètre de l'axe x et 3 pour le potentiomètre de l'axe y. Tout ce que vous avez à faire est de connecter 5V et la terre aux broches extérieures et de connecter la broche du milieu à une entrée analogique sur l'Arduino.

Gardez à l'esprit que les valeurs du potentiomètre seront mappées à 1024 et non à 512 ! Cela signifie que nous devons utiliser la fonction intégrée map() dans Arduino pour contrôler toutes les sorties numériques (comme le signal PWM que nous utilisons pour contrôler le L293D). Cela est déjà fait dans le code, mais si vous envisagez d'écrire votre propre programme, vous devez garder cela à l'esprit.

Étape 16: Connexions du contrôleur

Les connexions entre le NRF24 et le Nano sont toujours les mêmes pour le contrôleur mais moins la connexion IRQ.

Le circuit du contrôleur est illustré ci-dessus.

Modifier un contrôleur est définitivement une forme d'art. J'ai déjà fait ce point un nombre incalculable de fois, mais il n'est tout simplement pas possible d'écrire une procédure étape par étape pour le faire. Ainsi, comme ce que j'ai fait plus tôt, je vais donner quelques conseils sur ce que j'ai appris en fabriquant ma manette.

Étape 17: Astuce 1: Utilisez les pièces à votre disposition

L'espace est vraiment restreint dans le contrôleur, donc, si vous souhaitez inclure d'autres entrées pour la voiture, utilisez les commutateurs et les boutons qui sont déjà là. Pour mon contrôleur, j'ai également connecté un potentiomètre et un interrupteur à 3 voies au Nano.

Une autre chose à garder à l'esprit est qu'il s'agit de votre contrôleur. Si les brochages ne vous conviennent pas, vous pouvez toujours les réarranger !

Étape 18: Astuce 2: Supprimez les traces inutiles

Puisque nous utilisons la carte d'origine, vous devez gratter toutes les traces qui vont aux manettes analogiques et à tous les autres capteurs que vous utilisez. Ce faisant, vous évitez tout risque de comportement inattendu du capteur.

Pour faire ces coupes, j'ai simplement utilisé un cutter et j'ai marqué le PCB plusieurs fois pour vraiment séparer les traces.

Étape 19: Astuce 3: Gardez les fils aussi courts que possible

Cette astuce parle spécifiquement des lignes SPI entre l'Arduino et le module NRF24, mais cela vaut également pour les autres connexions. Le NRF24L01+ est extrêmement sensible aux interférences, donc si du bruit est capté par les fils, il corrompt les données. C'est l'un des principaux inconvénients de la communication SPI. De même, en gardant les fils aussi courts que possible, vous rendez également l'ensemble du contrôleur plus propre et plus organisé.

Étape 20: Astuce 4: Placement ! Placement! Placement

En plus de garder les fils aussi courts que possible, cela signifie également de garder la distance entre les pièces aussi courte que possible.

Lorsque vous recherchez des emplacements pour monter le NRF24 et l'Arduino, n'oubliez pas de les garder aussi proches que possible l'un de l'autre et des joysticks.

Une autre chose à garder à l'esprit est de savoir où placer le module NRF24. Comme indiqué précédemment, les ondes radio ne peuvent pas traverser le métal, vous devez donc monter le module près du côté du contrôleur. Pour ce faire, j'ai découpé une petite fente avec un Dremel pour laisser le NRF24 sortir du côté.

Étape 21: Coder

La partie la plus importante de cette version est probablement le code réel. J'ai inclus des commentaires et tout donc je n'expliquerai pas chaque programme ligne par ligne.

Cela dit, quelques points importants que je tiens à souligner sont que vous devrez télécharger la bibliothèque NRF24 pour exécuter les programmes. Si vous n'avez pas déjà installé les bibliothèques, je vous suggère de consulter les didacticiels liés dans la section Lectures supplémentaires pour savoir comment. De même, lors de l'envoi de signaux au L293D, n'activez jamais les deux broches de direction. Cela court-circuitera le pilote du moteur et le fera brûler.

Github-

Étape 22: Produit final

Enfin, après un an de collecte de poussière et 3 semaines de travail manuel, j'ai enfin fini de fabriquer la voiture RC Upcycled. Bien que je doive admettre qu'elle n'est nulle part aussi puissante que les voitures vues dans l'introduction, elle s'en sort beaucoup mieux que je ne le pensais. La voiture peut rouler pendant 40 minutes avant de tomber en panne d'électricité et peut s'éloigner jusqu'à 150 m du contrôleur.

Certaines choses que je ferais certainement pour améliorer la voiture sont d'échanger le L293D pour le L298, un moteur plus gros et plus puissant. Une autre chose que je ferais serait de remplacer le module radio NRF par défaut par la version d'antenne amplifiée. Ces modifications augmenteraient respectivement le couple et l'autonomie de la voiture.

Étape 23: Lectures supplémentaires:

NRF24L01+

• Fiche technique Nordic Semiconductor
• Communication SPI (Article)
• Configuration de base (vidéo)
• Tutoriel approfondi (article)
• Trucs et astuces avancés (série de vidéos)

L293D

• Fiche technique Texas Instruments
• Tutoriel approfondi (article)