DIY Аппаратура радиоуправления “Orbis Air”

Разбираясь с микроконтроллерами типа Arduino, мне попутно захотелось пощупать классические желтенькие китайские мотор-редукторы на 6В. Ибо, одно дело, смотреть про них ролики на Youtube, совсем другое – оценить их в реале. Тягу, сцепление колес с полом, габариты, удобство монтажа и т.д.

Пошерстив интернет-магазины, торгующие подобного рода комплектухой, обнаружил, что если брать базовую робо-платформу типа Car Chassis 2WD, то получается значительно дешевле, чем покупать все по отдельности. И хоть акриловая рама и поворотное колесико мне было без надобности, но цена в 4 у.е. за два мотор-редуктора с колесами на резиновых шинах и батарейным отсеком провода, метизы и крепеж в придачу – решала.

Можно было, конечно, заказать их еще чуть дешевле на Ali, но в наших палестинах с доставкой есть проблемы. Да и ждать месяц не хотелось.

Далее возникла мысль, что просто собрать это в кучу, чтобы оно тупо ездило прямо (или по кругу) – абсолютно неинтересно. Поэтому, было решено приобрести комплект радиоуправления: передатчик-приемник на 315МГц на четыре канала, с чудовищной стоимостью в ~2 бакса. 

Пульт передатчика выполнен в виде брелока. Антенна складная. Кнопки можно закрыть крышкой от случайного срабатывания. Питается от батарейки на 12В формата А23 (идет в комплекте). 

Дальность заявлена до 100м на открытом пространстве, но даже если будет 30м, то этого хватит с головой.

Приемная часть собрана в виде отдельной небольшой платы, питается от 5В и работает даже без антенны. Но при необходимости ее можно допаять, выход на плате присутствует.

Данный приемник может оперировать только управляющими токами, и, чтобы подключить к нему нагрузку в виде двух электродвигателей, потребовалось докупить еще одну копеечную плату (~0.4 у.е), обычно называемую драйвер или контроллер шагового двигателя. Моторчики в желтых редукторах обычные коллекторные, поэтому их можно подключить сразу оба к одному драйверу.

Выбор пал на L9110S. В большинстве роликов про Ардуино и прочие самоездящие поделки чаще всего применяется драйвер на микросхеме L298N. Но он считается уже устаревшим. У него довольно крупные габариты, не очень высокий КПД и цена в три раза выше. Из плюсов – возможность запитать двигатели напряжением до 35В и отдельная стабилизированная линия на 5В. Но первое мне без надобности, поэтому из-за миниатюрных размеров и цены взял L9110S.

Драйвер L9110S собран как Н-мост. Диапазон напряжений от 2.5 до 12В, ток до 800мА на каждый канал. Питание двигателей и электроники общее. Разумеется, поддерживает управление скоростью вращения с помощью ШИМ. Но для данного проекта это несущественно.

Все компоненты в куче:

Кстати, китайцы давным-давно подсуетились и предлагают всем шаловливым ручкам закупить четырехканальные комплекты радиоуправления на 27МГц с уже встроенным драйвером и от полутора баксов ценой. Единственный минус такого решения – пульт поставляется в виде голой платы и кнопки, корпус, батарейный отсек и сами батарейки нужно колхозить отдельно.

Есть на Ali и 6-ти канальные наборы, с уже готовым пультом. Но у них цена уже далеко не такая вкусная.

Собрав электрически все компоненты «на столе» для проверки, я наступил на первые грабли.

Выяснилось, что питания от четырех пальчиковых аккумуляторов, в теории дающих суммарно порядка 4.8В (вольтметр показал 5В), одновременно для двигателей и электроники категорически не хватает. Казалось бы, движки могут работать, начиная от 3В, приемнику нужно 5В. Все должно функционировать. 

Но нет. При нажатии на кнопку двигатели вращались рывками. Два одновременно вообще не запускались. И приемник нужно было подносить буквально в упор.

Сделал предположение, что в момент запуска двигателя проседает напряжение, в результате чего электронике его уже не хватает, микросхему начинает колбасить, двигатель останавливается, напряжение приходит в норму, микруха оживает и снова пытается запустить мотор и так по кругу.

Можно было бы попробовать установить на движки конденсаторы, помогающие пуску и гасящие помехи. Но моих познаний для расчета их номинала не хватает. Поэтому было принято более радикальное решение: запитать приемник от отдельного источника питания.

Подкинув времянку из еще 4 АА батареек к приемнику, проверил теорию практикой – все заработало как надо. Но на мое мнение – четыре батарейки на одну только электронику (и еще 4 на двигатели, итого 8 штук) это слишком жирно. Занимают место, лишний вес. Тем более, что ток у приемника заявлен порядка 5мА. Вполне можно обойтись чем-нибудь попроще.

Под рукой оказалась батарейка типа «Крона». Компактно, недорого, емкости для таких целей хватит надолго.

Одна проблема. У кроны напряжение 9В, а приемник просит 5В. Нужно как-то понизить напругу, чтоб ему не поплохело.

Классический вариант – поставить советскую КРЕН-ку или ее буржуйский аналог два кондера. Но это паритсья с навесным монтажом. Мне лениво. Да и КПД такой схемы будет не ахти. Почти половина будет уходить на нагрев. Гринпис такого не простит.

Но на выручку снова приходят наши хитро прищуренные восточные братья! В природе давно существуют регулируемые понижающие (если надо, то и повышающие) модули размером с ноготь и за три копейки. Если точнее, то за ~0.5 доллара.

Диапазон выходного напряжения от 1 до 17В. КПД, кстати, заявлен over до 95%. То, что доктор прописал!

Итого, принципиальная схема девайса:

Начинаем собирать, собственно, конструкцию. Тут все просто, как двери. На удивление, даже отверстия все совпадают. Ничего подпиливать не пришлось. Вся механическая часть стала как надо.

С электроникой пришлось чуть-чуть покумекать. Плата приемника не имеет монтажных отверстий. Поэтому было решено прилепить ее непосредственно к акриловой раме, посадив на двусторонний скотч. Аналогично, чтобы не заморачиваться с винтами, был приклеен и драйвер. Из обеих плат, правда, на пару миллиметров торчали контакты, поэтому скотч был наклеен в два слоя.

Понижайка идеально прилепилась на боковину батарейного отсека. Чтобы ее подключить, пришлось немного поработать паяльником. Только беспаечным монтажом обойтись не удалось.

Кстати, не забудьте отрегулировать на ней напряжение потенциометром ДО ТОГО, как подключите к приемнику :).

Провода от мотор-редукторов четко зажимаются соответствующими клеммами на драйвере. 

Остальные контакты было бы удобно подключать проводами от Ардуино. Но на тот момент у меня их не было в наличии. Зато, в качестве замены отлично подошли давно валяющиеся без дела CD-audio шлейфики от приводов CD-ROM. 

Распотрошив пару штук, удалось все довольно аккуратно подключить. Удачно попался провод, в котором на разъеме сразу было зажато три ответвления. Он идеально подошел для соединения в общую землю двух раздельных источников питания.

На заметку: землю нужно объединять обязательно. Иначе управление работать не будет!

Чтобы провода не болтались, прижал их временно кое-где скотчем. Потом можно будет посадить их на термоклей.

Собрал, воткнул батарейки. Все четко работает. Ура!

Но тут на глаза мне попалась пустая пластиковая емкость из-под плавленого сыра. 

Примерив ее сверху, она идеально накрыла всю электронику и батарейный отсек. Мешала только «Крона», но ее можно было прилепить где-нибудь сверху, высота коробки позволяла.

«Кабину» получилось вполне надежно прижать с двух сторон найденными прямоугольными «шайбами». Даже отверстия в раме сверлить не пришлось. 

Возможно, найдется решение и поэлегантнее, но мой потомок нарезал вокруг меня круги, как акула, со все уменьшающимся радиусом, проявляя возрастающей интерес и нетерпение, поэтому пришлось пойти по наиболее простому и быстрому пути. Собственно, саму банку я прилепил именно с целью защитить электрическую часть от неизбежных варварских воздействий ребенка. Исходно, планировалось просто собрать платформу, протестировать и разобрать, чтобы использовать части в более сложных моделях. Но, фиг я угадал! :). Сынок положил на эту самобеглую коляску глаз, и пришлось ее допилить до более юзабельного состояния. По этой же причине, впоследствии на крыше появился тумблер выключения питания на две контактные группы. (Первоначально, на открытой платформе просто предполагалось для выключения вытаскивать батарейку). «Крону» в итоге разместил на стенке «кабины» приклеив тем же двухсторонним скотчем. Снимать ее нужно не часто, так что вполне сойдет.

Через полупрозрачную стенку «кабины» слегка просвечивает красный диод, горящий на плате драйвера, что позволяет сразу понять, включена машина или нет. Удобно.

Затем, из советского конструктора было прикручено импровизированное «седло» для прицепа, чтобы можно было в нем перевозить всякую всячину, а не кататься без дела. После чего, девайс был отдан ребенку на тест-драйв.

Тягач-монстр-трак, как назвал его сын, бодро катался по линолеуму и ковровым покрытиям, стартуя на первом с небольшой пробуксовкой. Уверенно перескакивал через тапки и валяющиеся на полу игрушки. В прицепе без проблем тащил довольно тяжелые деревянные кубики.

Управляется конструкция практически по-танковому: верхняя левая кнопка – поворачиваем влево, верхняя правая – вправо, две одновременно – едем вперед. Нижние кнопки – аналогично, только двигаемся назад.

Попутно выяснилось, что в природе давно существуют довольно миниатюрные батарейки на 6 и 12В формата 11А и А23/23А. Первая, думаю, подошла бы даже без преобразователя напряжения. Емкость у таких батареек небольшая, но ИМХО вполне достаточная для питания низко потребляющего приемника. А23 батарейка как раз стоит в пульте.

Кстати, предупреждение для всех хитропопых, которые решат запитать всю конструкцию от одной «Кроны». Оно, возможно даже и заработает. Но работать будет очень недолго. Ибо электродвигатели кушают довольно приличный ток, на который «Кроны» просто не рассчитаны. И в этом случае батарейка сдуется минут так за 15.

Возможно, хорошо сработает вариант питания из двух элементов типа 18650, дающих в сумме 7.4В. С емкостью у них тоже все ОК. Но чтобы проверить, у меня сейчас таких под рукой нет.

Заключение.

Подобьем бабки:

– платформа Car Chassis 2WD: $4

– комплект радиоуправления RADIO-KIT-4CH-315MHZ: $2

– драйвер двигателя L9110S: $0.4

– понижающий модуль DC-DC-MINI-3A: $0.5

– немного проводов: бесплатно

– плавленый сыр «сливочный»: употреблен вовнутрь. 

Сумма: ~7 долларов США или ~200 грн или ~500 рублей, если кому как удобнее.

Итого, за совершенно смешные деньги: ребенку – радость и привитие интереса к технике и созиданию, а папа же с пользой реализовал свои детские комплексы. Ибо в моем мрачном пост-советском прошлом гораздо более примитивные конструкции были на порядок сложнее в изготовлении (одна намотка ферритовых катушек чего стоила), и стоимость деталей заметно превышала бюджет, накопленный за счет карманных денег и экономии на школьных завтраках.

Кстати, подсчитанную выше мега-сумму можно легко уполовинить, если в наличии имеются старые полусломанные игрушки, откуда можно выковырять движки и колеса. 

У меня, после тяжелого отрочества, как раз завалялась парочка вот таких редукторов и самосборные колеса из двух разных конструкторов и порванной гусеничной ленты:

А на сегодня все. При очередном приступе графоманского зуда планирую написать заметку о возможности управления разными моделями с помощью Ардуино, Bluetooth модуля и смартфона на Андроид с поддержкой плавной регулировки скорости и использованием гироскопа для поворотов.