RC Four Wheel Ground Rover : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

C'est un "Monolith sur roues" (merci à Stanley Kubrick:D)

C'était l'un de mes rêves de construire un rover terrestre télécommandé depuis que j'ai commencé à bricoler avec l'électronique, car les choses sans fil m'ont toujours fasciné. Je n'avais pas assez de temps et d'argent pour en construire un avant mon projet universitaire. J'ai donc construit un rover à quatre roues pour mon projet de dernière année. Dans ce instructable, je vais expliquer comment j'ai utilisé le boîtier d'un ancien amplificateur pour construire le rover à partir de zéro et comment faire le contrôleur radio.

Il s'agit d'un véhicule terrestre à quatre roues, avec quatre moteurs d'entraînement séparés. Le circuit de commande du moteur est basé sur L298N et le contrôle RF est basé sur la paire HT12E et HT12D de Holtek semi-conducteur. Il n'utilise pas Arduino ni aucun autre microcontrôleur. La version que j'ai créée utilise une paire d'émetteurs et de récepteurs ASK de la bande ISM 433 MHz bon marché pour un fonctionnement sans fil. Le rover est contrôlé par quatre boutons poussoirs et la méthode de conduite utilisée est l'entraînement différentiel. Le contrôleur a une portée d'environ 100 m dans un espace ouvert. Commençons à construire maintenant.

(Toutes les images sont en haute résolution. Ouvrez-les dans un nouvel onglet pour la haute résolution.)

Étape 1: Pièces et outils requis

• 4 roues de 10 cm x 4 cm avec trous de 6 mm (ou compatibles avec les moteurs que vous possédez)
• 4 motoréducteurs 12V, 300 ou 500 tr/min avec arbre de 6 mm
• 1 x Boîtier métallique de taille adaptée (j'ai réutilisé un ancien boîtier métallique)
• 4 x pinces moteur en forme de L
• 2 x 6V 5Ah, batteries plomb-acide
• 1 pile 9V
• 1 x carte de commande de moteur L298N ou circuit intégré nu
• 1 émetteur 433MHz
• Récepteur 2 x 433MHz (compatible)
• 4 boutons-poussoirs de 12 mm
• 1 x prise de baril CC
• 1xHT12E
• 1xHT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad PAS Gate IC
• Condensateurs électrolytiques 4 x 100 uF
• Condensateurs en céramique 7 x 100nF
• 4 résistances 470R
• 1 x 51K Résistance (important)
• 1 résistance 680R
• 1 x résistance 1M (important)
• 1x7805 ou LM2940 (5V)
• 1x7809
• 3 bornes à vis 2 broches
• 1 x interrupteur à bascule SPDT
• 1 x peinture noire mate
• LED, fils, PCB communs, prises IC, interrupteurs, perceuse, Dremel, papiers de verre et autres outils

Des pièces telles que des moteurs, des roues, des pinces, etc. peuvent être sélectionnées selon vos besoins.

Étape 2: Schéma du pilote de moteur

Le HT12D est un décodeur 12 bits qui est un décodeur série entrée-sortie parallèle. La broche d'entrée du HT12D sera connectée à un récepteur doté d'une sortie série. Parmi les 12 bits, 8 bits sont des bits d'adresse et le HT12D décodera l'entrée ne serait-ce que si les données entrantes correspondent à son adresse actuelle. Ceci est utile si vous souhaitez faire fonctionner plusieurs appareils sur la même fréquence. Vous pouvez utiliser un commutateur DIP à 8 broches pour définir la valeur de l'adresse. Mais je les ai soudés directement à GND qui donne l'adresse 00000000. Le HT12D fonctionne ici à 5V et la valeur Rosc est de 51 KΩ. La valeur de la résistance est importante car sa modification peut entraîner des problèmes de décodage.

La sortie du récepteur 433MHz est connectée à l'entrée du HT12D et les quatre sorties sont connectées au pilote à double pont en H L298 2A. Le conducteur a besoin d'un dissipateur de chaleur pour une bonne dissipation de la chaleur car il peut devenir très chaud.

Lorsque j'appuie sur le bouton Gauche de la télécommande, je veux que M1 et M2 fonctionnent dans une direction opposée à celle de M3 et M4 et vice versa pour un fonctionnement à droite. Pour le fonctionnement Forward, tous les moteurs devront tourner dans le même sens. C'est ce qu'on appelle l'entraînement différentiel et c'est ce qui est utilisé dans les chars de combat. Par conséquent, nous n'avons pas besoin d'une seule broche pour contrôler, mais de quatre en même temps. Cela ne peut pas être réalisé par les boutons-poussoirs SPST que j'ai, à moins que vous n'ayez des commutateurs SPDT ou un joystick. Vous comprendrez cela en regardant la table logique ci-dessus. La logique requise est obtenue du côté de l'émetteur à l'étape suivante.

L'ensemble de l'installation est alimenté par deux batteries plomb-acide 6V, 5Ah en configuration série. De cette façon, nous aurons beaucoup d'espace pour placer les batteries à l'intérieur du châssis. Mais ce sera mieux si vous pouvez trouver des batteries Li-Po de l'ordre de 12V. Une prise cylindrique CC est utilisée pour connecter les batteries Pb-Acid au chargeur externe. 5V pour HT12D est généré à l'aide d'un régulateur 7805.

Étape 3: Construire le pilote de moteur

J'ai utilisé un perfboard pour souder tous les composants. Placez d'abord les composants de manière à ce qu'il soit plus facile de les souder sans utiliser de nombreux cavaliers. C'est une question d'expérience. Une fois que le placement est satisfaisant, soudez les pattes et coupez les parties en excès. Il est maintenant temps pour le routage. Vous avez peut-être utilisé la fonction de routeur automatique sur de nombreux logiciels de conception de circuits imprimés. Vous êtes le routeur ici. Utilisez votre logique pour un meilleur routage avec une utilisation minimale de cavaliers.

J'ai utilisé une prise IC pour le récepteur RF au lieu de le souder directement, car je peux le réutiliser plus tard. L'ensemble du tableau est modulaire afin que je puisse les démonter facilement si nécessaire plus tard. Être modulaire est l'un de mes penchants.

Étape 4: Schéma de la télécommande RF

Il s'agit d'une télécommande RF à 4 canaux pour le rover. La télécommande est basée sur HT12E et HT12D, paire encodeur-décodeur série 2^12 de Holtek Semi-conducteur. La communication RF est rendue possible par la paire émetteur-récepteur ASK 433MHz.

Le HT12E est un encodeur 12 bits et essentiellement un encodeur parallèle entrée-sortie série. Sur 12 bits, 8 bits sont des bits d'adresse qui peuvent être utilisés pour contrôler plusieurs récepteurs. Les broches A0-A7 sont les broches d'entrée d'adresse. La fréquence de l'oscillateur doit être de 3 KHz pour un fonctionnement en 5 V. Ensuite, la valeur Rosc sera de 1,1 MΩ pour 5V. Nous poursuivons une batterie 9V, et donc la valeur Rosc est de 1 MΩ. Reportez-vous à la fiche technique pour déterminer la fréquence exacte de l'oscillateur et la résistance à utiliser pour une plage de tension spécifique. AD0-AD3 sont les entrées de bit de contrôle. Ces entrées contrôleront les sorties D0-D3 du décodeur HT12D. Vous pouvez connecter la sortie du HT12E à n'importe quel module émetteur qui accepte les données série. Dans ce cas, nous connectons la sortie à la broche d'entrée de l'émetteur 433MHz.

Nous avons quatre moteurs à contrôler à distance, dont chacun deux sont connectés en parallèle pour un entraînement différentiel comme on le voit dans le schéma fonctionnel précédent. Je voulais contrôler les moteurs d'entraînement différentiel avec quatre boutons-poussoirs SPST qui sont couramment disponibles. Mais il y a un problème. Nous ne pouvons pas contrôler (ou activer) plusieurs canaux de l'encodeur HT12E avec uniquement des boutons-poussoirs SPST. C'est là que les portes logiques entrent en jeu. Un 4069 CMOS NOR et un 4077 NAND forment le pilote logique. Pour chaque pression sur les boutons-poussoirs, la combinaison logique génère les signaux requis sur plusieurs broches d'entrée de l'encodeur (c'était une solution intuitive, plutôt que quelque chose conçu par l'expérimentation, comme une "ampoule !"). Les sorties de ces portes logiques sont connectées aux entrées du HT12E et envoyées en série via l'émetteur. À la réception du signal, le HT12D décodera le signal et tirera les broches de sortie en conséquence, ce qui entraînera ensuite le L298N et les moteurs.

Étape 5: Construire le contrôleur à distance RF

J'ai utilisé deux pièces de panneaux perforés distinctes pour la télécommande; un pour les boutons et un pour le circuit logique. Toutes les cartes sont entièrement modulaires et peuvent donc être détachées sans aucun dessoudage. La broche d'antenne du module émetteur est connectée à une antenne télescopique externe récupérée d'une vieille radio. Mais vous pouvez utiliser un seul morceau de fil pour cela. La télécommande utilise directement une pile 9V.

Tout était entassé dans une petite boîte en plastique que j'ai trouvée dans la poubelle. Ce n'est pas la meilleure façon de fabriquer une télécommande, mais elle fait l'affaire.

Étape 6: peindre la télécommande

Tout était emballé à l'intérieur avec les boutons-poussoirs, l'interrupteur DPDT, le voyant de mise sous tension et l'antenne exposée. J'ai percé quelques trous près de l'émetteur est placé parce que j'ai trouvé qu'il chauffe un peu après un fonctionnement prolongé. Ainsi, les trous fourniront une certaine circulation d'air.

C'était une erreur de couper le grand trou rectangulaire sur le dessus au lieu des quatre petits. J'ai peut-être pensé à autre chose. J'ai utilisé de la peinture argentée métallisée pour la finition.

Étape 7: Construire le châssis

J'ai utilisé un ancien boîtier métallique d'amplificateur comme châssis du rover. Il y avait des trous en dessous et il fallait en élargir certains avec une perceuse, ce qui facilitait la fixation des pinces du moteur. Vous devez trouver quelque chose de similaire ou en fabriquer un en utilisant de la tôle. Les pinces de moteur à angle droit (ou pinces en L) ont six trous de vis chacune. L'ensemble de l'installation n'était pas si solide car l'épaisseur de la feuille était petite, mais suffisante pour supporter tout le poids des batteries et tout. Les moteurs peuvent être fixés aux pinces à l'aide des écrous fournis avec les motoréducteurs à courant continu. L'arbre du moteur a un trou fileté pour la fixation des roues.

J'ai utilisé des motoréducteurs à courant continu de 300 tr/min avec une boîte de vitesses en plastique. Les moteurs à engrenages en plastique (les engrenages sont toujours en métal) sont moins chers que les moteurs à engrenages Johnson. Mais ils s'usent plus vite et n'ont pas autant de couple. Je vous suggère d'utiliser des motoréducteurs Johnson avec des RPM 500 ou 600. 300 RPM n'est pas suffisant pour une bonne vitesse.

Chaque moteur doit être soudé avec un condensateur céramique de 100 nF pour réduire les étincelles de contact à l'intérieur des moteurs. Cela assurera une meilleure durée de vie des moteurs.

Étape 8: Peindre le châssis

La peinture est facile avec des bombes de peinture en aérosol. J'ai utilisé du noir mat pour tout le châssis. Vous devez nettoyer le corps métallique avec du papier de verre et enlever toutes les anciennes couches de peinture pour une meilleure finition. Appliquer deux couches pour une longue durée de vie.

Étape 9: Test et finition

J'étais vraiment excité de voir que tout fonctionnait parfaitement la première fois que je l'ai testé. Je pense que c'était la première fois que quelque chose comme ça arrivait.

J'ai utilisé une boîte tiffin pour maintenir la carte du conducteur à l'intérieur. Comme tout est modulaire, l'assemblage est facile. Le fil d'antenne du récepteur RF était connecté à une antenne en fil d'acier à l'extérieur du châssis.

Tout avait l'air bien une fois assemblé, comme je m'y attendais.

Étape 10: le voir en action

Ci-dessus, j'ai utilisé le rover pour transporter un module GPS + accéléromètre pour un autre projet. Sur la carte supérieure se trouvent le GPS, l'accéléromètre, l'émetteur-récepteur RF et un Arduino maison. En dessous se trouve la carte de commande du moteur. Vous pouvez voir comment sont placées les batteries Pb-Acid. Il y a assez d'espace pour eux malgré la boîte tiffin au milieu.

Voyez le rover en action dans la vidéo. La vidéo est un peu tremblante car je l'ai tournée avec mon téléphone.

Étape 11: Améliorations

Comme je le dis toujours, il y a toujours place à amélioration. Ce que j'ai fait est juste un rover RC de base. Il n'est pas assez puissant pour porter des poids, esquiver les obstacles et pas non plus rapide. La portée du contrôleur RF est limitée à environ 100 mètres dans un espace ouvert. Vous devriez essayer de résoudre tous ces inconvénients lorsque vous en construisez un; ne vous contentez pas de le reproduire, sauf si vous êtes limité par la disponibilité des pièces et des outils. Voici quelques-unes de mes suggestions d'amélioration pour vous.

• Utilisez des moteurs à engrenages métalliques Johnson de 500 ou 600 tr/min pour un meilleur équilibre vitesse-couple. Ils sont vraiment puissants et peuvent produire jusqu'à 12 Kg de couple à 12V. Mais vous aurez besoin d'un pilote de moteur compatible et de batteries pour les courants élevés.
• Utilisez un microcontrôleur pour le contrôle PWM du moteur. De cette façon, vous pouvez contrôler la vitesse du rover. Aura besoin d'un interrupteur dédié pour le contrôle de la vitesse à l'extrémité de la télécommande.
• Utilisez une paire d'émetteur et de récepteur radio meilleure et puissante pour une portée de fonctionnement accrue.
• Un châssis solide probablement en aluminium, avec des amortisseurs à ressort.
• Une plate-forme robotique rotative pour attacher des bras robotiques, des caméras et d'autres choses. Peut être fabriqué à l'aide d'un servo sur le dessus du châssis.

Je prévois de construire un rover à 6 roues avec toutes les fonctionnalités mentionnées ci-dessus et qui sera utilisé comme plate-forme de rover à usage général. J'espère que vous avez aimé ce projet et appris quelque chose. Merci d'avoir lu:)