旧物改造 | 创客奶爸带你制作遛娃神器
2021-01-051.6万
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本文介绍了如何将普通小车改造成电动遥控车的过程。项目名称为“遛娃神器”，硬件清单包括735电机、270度金属数字舵机等。最终效果是实现前进后退和转向控制。难度等级适中，适合亲子共学项目。
 #设计灵感 有一天旺仔的奶奶带孩子去外面玩耍，碰到一起玩耍的小伙伴骑着小车子出来玩了，旺仔特别想要骑一下人家小盆友的车子，于是对方奶奶就让旺仔骑了，但旺仔一骑不要紧，万般不肯下来，我们家也有一辆这样的车子，是用手推的，旺仔爸爸就萌生了一种想法，改装一下车子，让小朋友喜欢玩，让奶奶不用推着走，于是就有了今天的作品 先来看一下演示视频： #方案确定# 本次作品实现的主要目的是让小车子变成电动的，能够遥控，甚至可以随手拿出手机来操控，用一个电机带动车子前进后退，使用一个舵机控制车子左右转向 要给小车子加持电动功能的话，必须加入执行器电机，电机的选型尤为关键，并且要载人的话，就不能用很普通的电机了，于是在某宝淘了儿童踏板车的735电机 电机确定了之后就是如何选择电机驱动的问题了，735电机是有刷直流电机，最简单最直接的方法是用一个有刷直流电调驱动电机，通过车模或航模的遥控器给接收器发送数据从而控制车子行驶，然后还可以再增加一个舵机控制转向，这个方案显然是没有问题的，因为已经有很多这样成熟的案例可以借鉴了，尤其是在格斗机器人界内，这种玩法很普遍，之前旺仔爸爸参加过一次2kg级别的格斗机器人赛事，所以电装部分可以直接拿来使用 除此之外，还有没有其他方案了呢，肯定是有的，如果第一套方案算作是一个非编程版本的话，那么我们还可以做一个可编程版本的方案，实现的思路有两种，利用Arduino uno控制器结合2.4g遥控手柄来控制车子行驶或转向，第二种思路是利用esp32类型的可联网主控，通过手机与主控wifi或蓝牙连接从而达到无线通信遥控车子的目的，听起来是一种高大上的方式，旺仔爸爸丝毫没有犹豫就决定使用esp32作为可编程版本的主控，接下来本文通过两种改造方案来介绍此次的作品“溜娃神器” #拆解#不管是哪一种方案，第一步首先要做的就是对小车子进行拆解  可编程和非编程的版本的共同之处就是行驶电机和转向舵机部分了，于是我们先从电机改造安装说起 如何安装和固定电机，并且能够驱动轮子转起来，是比较关键的地方 从下图中可以看出旺仔爸爸的解决方案 通过3D打印的轴套将法兰与轮子固定，将16齿同步轮安装在735电机轴上，通过同步带带动光轴上的80齿同步轮做减速运动  用3D建模软件设计的轴套如下图所示  设计完成之后进行切片打印  下面为打印完成后的效果  紧接着将轴套安装在轮子上，利用电钻开3mm的圆孔，并用螺丝固定   接着安装法兰和菱形的带座轴承   使用3mm的自攻螺丝将法兰与3D打印的联轴器固定，带座轴承通过4mm的螺丝和螺母固定在车体上  下面一步，我们需要安装电机，以及传动部件，下图为2GT5mm的同步带和16齿、80齿的同步轮   735电机使用下图的直角固定件固定在车子底盘上   执行器电机和行驶轮子改装后的最终样子如下图所示  行驶电机改造好后，接下来介绍转向舵机，本次作品采用的是一款DFrobot出品的270度金属数字舵机，工作电压4.8-7.2V，负载15Kg，作为小车的转向舵机足够了  有了舵机后，我们还需要1个舵臂和1个球头拉杆控制车子转向   舵机安装效果如下  转向部分的舵臂和球头拉杆安装如下  两个版本通用的电机部分和舵机部分改造好后，我们来分别了解每个版本是如何实现其他功能的 #非编程版本电装#下面是非编程版本用到的电装清单 735直流电机*1 15kg270度金属舵机*1 有刷电机电调*1 富斯遥控器*1 富斯接收器*1 3s1800mah锂电池*1 舵机转接板*1 船型开关*1 五金件，导线，电源接头若干  富斯FS-i6 2.4G10通道遥控器  电路接线如下图所示，电源采用1800mah3s的锂电池，行驶电机的有刷电调连接接收器的2号通道，舵机连接接收机的4号通道，这里使用了一块专用的扩展板为舵机供电  接线完成后的效果如下图所示（舵机的图片漏拍了）  为了使用方便，在车体外壳上开孔安装了开关  最后我们来测试一下非编程版本的效果如何  #可编程版本# 下面我们来了解可编程版本是如何实现功能的 首先我们来认识一下都用到了哪些电子硬件 主控我们选择的是esp32，使用它的wifi或蓝牙无线通信功能，随时随地拿出手机来操控车子，这样让我们的作品档次提升了不少  esp32的详细介绍可以点击下方连接了解 接着就是比较关键的行驶电机驱动，要承载一个小朋友的重量，电机驱动的工作电流一定要够大，为此我们选择了下面一款直流电机驱动，工作电压12-36V，工作电流12A（无散热）-20A（有散热）  直流电机驱动板有3个控制引脚，2个引脚控制方向，1个引脚控制速度，有5v电源输出，下面两图为引脚的功能介绍和具体使用方法   直流电机驱动的详细介绍可以点击下方连接了解 最后旺仔爸爸给车子附加了音乐功能和灯光功能，实现音乐功能使用了DFPlayer Mini mp3模块（需要自备一个micro sd卡），这个模块小巧且功能强大，直接使用串口控制，模块可以直接驱动一个8欧0.5w的喇叭  下图为MP3模块引脚的具体使用方法  mp3模块的详细介绍可以参考下面网址 灯光功能则使用了ws2812灯带 所有电子清单如下图所示，使用了一块大功率的转接板为舵机供电，主控esp32使用了一块扩展板方便接线，执行器电机还是使用的735电机  下面是编程版本的接线图  为了方便安装电子件设计了飞机造型的底板，同时兼做小朋友的脚踏板，设计图纸如下图所示  下面是利用激光切割机加工3mm椴木板的实物图  电路接线完成后效果如下图   打孔布线安装ws2812灯带为车子增加灯光功能   和非编程版本一样电源部分同样采用了1800mah3s锂电池，专门设计了电池外壳与飞机底板链接   组装完成后的最终效果展示     #程序设计# 程序设计主要涉及到两部分，一部分为blynk移动端的遥控组件设置，另一部分为esp32主控端的程序编写，我们先来对移动端的blynk进行设置 blynk设置第一步登陆账号，如果是第一次使用需要先进行注册，如下图所示“Login”为登陆，Create New Account ”为注册  输入账号密码进行登陆  登陆成功后，点击“New Project”上面的+号新建项目  接着选择主控为ESP32 Dev Board  点击“CONNECTION TYPE”选择连接方式  本次任务，我们可以选择wifi和蓝牙两种方式，在操控响应速度方面蓝牙模式会更快一点，基本没有延迟，旺仔爸爸以蓝牙方式进行讲解，这里我们选择“BLE”模式  选择完成后，点击“Create Project”按钮，会询问是否向邮箱发送一封包含授权码的邮件，点击OK即可创建项目并收到这份邮件，当然你也可以在项目中找到该授权码，这个授权码是blynk移动端与ESP32控制板蓝牙连接的关键，在编程时会使用到  点击右上角的六边形可以进入项目设置界面，在最下方也可以看到授权码的信息，如下图所示  APP向左滑动可以添加组件，组件列表如下图所示，我们本次需要使用1个按键“Button”、2个“Styled Button”按键、2个摇杆“Joystick”以及1个蓝牙“BLE”组件   加载好的组件，如下图所示 我们把它横过来看，方便讲解，这样也是操控时的姿势，由于blynk还没有横屏的功能，所以有些字看着有些别扭，不过这丝毫不影响我们使用  为什么要用两个摇杆呢，是为了控制方便，我们用左边的摇杆控制前进、后退，用右边的摇杆控制转向，左边的摇杆设置为虚拟引脚v0和v1，右边的摇杆设置为虚拟引脚v2和v3，设置过程如下图所示 V2引脚控制舵机的旋转角度，由舵机控制车子转向  V0引脚控制前后方向  经过测试，V2控制转向的虚拟引脚的数值范围设置为60-120，可以控制车子左右灵活转向，V0虚拟引脚用来控制速度，数值范围设置为0-160时可以提供负载一个小朋友的动力  接着我们需要设置两种按键“Button”和“Styled Button”，这里为什么是两种按键呢，其实原理都是一样的， 都能实现我们想要的功能，只不过为了好看，美观，旺仔爸爸选择了不同的按键 3个按键分别为V4、V5和V6虚拟引脚，左边为V5，右边为V4，两个摇杆的中间为V6引脚，细心的伙伴应该会看出，有些按键设置的模式不同，没错，按键设置有“PUSH”“SWITCH”两种模式可选 V4虚拟引脚用来鸣笛，设置为“PUSH”模式，按一下播放一次鸣笛和灯带闪烁的效果，不按就复位  V5虚拟用来控制是否播放歌曲，设置为“SWITCH”模式，按一下锁定开始播放，再按一下停止播放 V6虚拟用来控制灯光，设置为“SWITCH”模式，按一下锁定亮灯模式，再按一下停止亮灯   最后还剩一个蓝牙模块需要设置一下准备工作就完成了，点击蓝牙模块会看到如下图所示的界面，接着点击“Connect BLE Device”  选择搜寻到的蓝牙名称，这里的名称是在程序里设定好的，找到你自己设定的名字即可，之后点击“ok”，等待连接成功   最后我们点击右上角的“三角”形就可以用运行这个程序了 blynk移动端的组件设置完成后，接着我们来编写esp32主控端的程序 本次项目的程序实现可以选择的编程环境有mind+，mixly，arduino 由于mind+编程环境esp32板卡下不支持blynk，arduino ide对于大多数人来说还是比较晦涩难懂，所以本次的程序设计旺仔爸爸采用mixly编程环境 mixly程序设计第一步，我们先来了解Blynk的编程方法，打开mixly编程软件，右下角板卡选择arduino esp32，左侧模块栏中选择“网络”中的“Blynk物联网”，将本次需要用到的“Blynk BLE链接方式”模块拖至右侧程序编写区域，接着对“Blynk授权码”和“BLE 名称”进行修改，这里的授权码像钥匙一样，需要和“Blynk”移动端的保持一致  对“Blynk”设置好后，接着我们尝试来做一些小任务 比如，我们可以从左侧“网络”模块里“Blynk物联网”中选择“从App获取数据...”，本次项目用到最多的也就是这个模块了，我们掌握一个简单的应用后其他的基本上就全部理解了  我们可以尝试编写如下程序，当V4虚拟引脚接收到数据时会执行3件事情，先让串口在串口监视器中打印接收到的数据，这样会方便我们调试，第二步让MP3模块播放第4首歌曲，最后执行一个名叫“眨眼睛2”的自定义函数，如果不纠结MP3模块和自定义函数的话，这里的程序其实很好理解  MP3和灯带程序 那么MP3模块是怎么做到播放歌曲的呢，需不需要做哪些准备工作，显然是需要的 我们需要在左侧模块栏“执行器”中选择对MP3进行初始化程序块，这里旺仔爸爸要感谢一下裘炯涛老师，因为本来最新的mixly版本中，esp32还不支持Mini MP3模块，是裘老师特意帮忙制作了图形化库才让旺仔爸爸能够使用MP3模块，在调试blynk移动端的程序时裘老师也给旺仔爸爸提供了很大的帮助，特别感谢裘老师的支持，为裘老师对blynk生态做出的突出贡献点赞，裘老师也是一位奶爸，这个小车也可以给他们家宝宝玩哈  具体初始化的程序如下图所示，这里的MP3模块与esp32之间使用的是软串口通信的方式，注意接线时MP3模块和esp32需要交叉接线，也就是RX-TX，TX-RX  细心的伙伴肯定会有疑问，第几首歌曲是怎么回事呢，需要怎么设置，这个问题问的非常好，MP3模块全名叫DFPlayer Mini MP3模块，此模块是可以插一个micro sd卡的，我们要播放的歌曲放在这个sd卡中，MP3模块可以读取大部分格式的音频文件，但歌曲文件设置时歌曲需要按照“0001”这样的数字编号命名，并将所有歌曲放置在sd卡中文件名为mp3的文件中，这些准备工作设置好后就可以愉快的使用了，程序中的第4首歌曲为鸣笛的声音，初始化程序中播放的第5首歌曲为汽车启动的声音，另外需要注意的一点是，MP3模块播放歌曲的程序最好不要放在循环里一直执行，这样需要增加等待时间才能听到歌曲，可以放在某个函数中，满足条件执行就可以了  接着我们来探究“眨眼睛2”的自定义函数，眨眼睛其实就是对WS2812灯带的控制，程序如下图所示  上面的程序看不懂也没关系，我们来看一个最简单的例子，通过下面的程序我们可以让一串有16颗灯珠的灯带全部亮红色  控制灯带的程序块在左侧模块的“执行器”中选择  当然初始化程序也是必须要有的，如下图所示  如果把颜色改成黑色，呈现的效果就是熄灭所有灯珠  除了可以使用已经内置好的颜色以外，我们还可以通过RGB的色值来调色，理论上有256*256*256那么多种颜色，程序中还可以加入灯带的延时显示的时间让灯带有流水的效果  理解了简单的例子后，我们回过头再来看“眨眼睛2”的自定义函数就很容易理解了，从前面的讲述中我们可以知道，当V4虚拟引脚接收到数据时，也就是“Blynk”移动端V4这个按键被按下时，会发出鸣笛的声音，同时让灯带展示眨眼睛的效果，此时的自定义函数“眨眼睛2”就是让灯带亮白灯，并且有“忽闪忽闪”的效果，怎么样才能有“忽闪忽闪”的眨眼睛的效果呢，那就需要对灯带的亮度进行调节了，所以程序中先让灯带亮白色，并且亮度是由1-100逐渐变亮的，接着亮度再由100-1逐渐变暗，最后熄灭，这样渐渐变亮再渐渐变暗的过程重复执行了3次 自定义函数“眨眼睛2”掌握后，我们还有另外一个“眨眼睛”的自定义函数，原理是一样的，只不过灯带亮的是红色，一起来看一下“眨眼睛”的自定义函数程序  “眨眼睛”自定义函数理解了后其他的灯带程序就简单多了，比如下面的程序是检测V6虚拟引脚为“1”也就是ON时就亮白色的灯，相当于汽车晚上开的灯光，相反为“0”时也就是OFF时就灭灯  通过上述对ws2812灯带和MP3模块的介绍，相信大家对于丰富多样的灯带显示效果和MP3播放会有很多想法，期待大家去实现自己的想法哦 灯带和MP3的程序讲解我们就告一段落，接下来我们了解舵机的转向程序 舵机转向程序使用V2虚拟引脚来控制舵机转向，我们需要在左侧模块栏“执行器”中找到控制舵机的程序块  接着可以尝试编写如下程序，当V2虚拟引脚接收到移动端发来的数据后做2件事情，第一件是通过串口监视器打印接收到的数据，第二件事情是让舵机以接收到的数据旋转至相应角度  为了车子能够正确的转向，经过测试，舵机的角度设置范围在60-120度之间比较合适，默认状态为90度，也就是默认直行，角度在91-120之间为左转，同时灯带执行左转向的程序，角度在60-89之间为右转，同时灯带执行右转向的程序，需要注意的是舵机安装在车子底盘上，测试时需要将车子反过来，在设置左转还是右转的角度时要以车子正面朝上的方式调节哦，防止调节反了，改进后的程序如下图所示  上述程序中涉及到了两个自定义函数，分别是“左转向”和“右转向”，下面我们对这两个自定义函数展开介绍一下，和之前的灯带显示程序类似，我们把16颗灯珠分成了左边8颗和右边8颗，我们以驾驶人坐在小车上的角度定义，左边的8颗灯珠编号为1-8，右边的8颗灯珠编号为9-16   当车子需要左转时就控制左边8颗闪烁起到示意转向的作用，这里对于灯带转向的效果参考了奥迪车转向灯的设计，呈现出了一种由里向外的流水效果  下面是“右转向”的自定义函数，与“左转向”的函数类似，只是灯的编号不同  前进后退程序 转向程序掌握后，我们来了解让车子前进后退的程序，车子的前进后退由V0虚拟引脚控制，程序分成3种情况处理，分别是前进“forward”，后退“backward”和停止“stop”，V0虚拟引脚的数值范围是0-100，当数值等于0时车子停止不动，也就是执行“stop”自定义函数，当数值大于51时执行前进“forward”自定义函数，当数值小于49时执行后退“backward”自定义函数  为了让车子能够调速，我们使用了大功率的电机驱动板，控制车子前进后退和调速的方式也很简单，两个数字管脚的高低电平变化控制电机正转和反转，从而让车子前进和后退，一个模拟管脚来调速，为了保证车子的安全性，我们让车子的速度不超过80  后退  前进  停止  通过下面的动图来看一下上述程序的测试效果   最后是音乐播放的程序，我们使用V5虚拟引脚的状态来控制是否播放音乐，当V5虚拟引脚的数值为“1”，也就是ON时，开始随机播放音乐并且执行“向内流水”的自定义函数，当V5虚拟引脚的数值为“0”，也就是OFF时停止播放音乐   有的伙伴会问有“向内流水”肯定会有“向外流水”吧，确实有的，“向外流水”的效果以红色呈现，在车子启动时展示   最后我们来看一下完整程序，由于程序很长，部分已经介绍过的程序旺仔爸爸就折叠起来了  #小结# 此次“溜娃神器”作品使用的锂电池并没有进行续航能力的实际测试，需要测试后给出参考数据，在作品改造过程中遇到了转向舵机和行驶电机不能同时工作的情况，经过裘老师帮忙，最后发现是esp32的引脚选择错误，这个经历告诉旺仔爸爸还要更全面的掌握主控板的各种参数 另外，本次设计制作来源于生活中的一次经历，作品改造的过程也让旺仔爸爸学到了很多知识技能，这次的项目涉及到了很多之前未接触过的知识，为了完成项目就需要带着问题去探索学习，把它掌握，与被动的接受书本知识相比较，以完成项目功能为目的去学习新知识，知识体系会更加的牢固，水平提升更快，总结一下就是，生活处处皆学问呀，细心观察，深入思考，尝试改变，保持终身学习的心态，从生活中来，到生活中去 欢迎有更多志同道合的奶爸奶妈一起交流，共同提高，也欢迎对本文批评指正，提出宝贵意见 更多精彩内容请关注旺仔爸爸造物社公众号  造物让生活更美好，期待下一次与您相逢 |
