Tanque controlado por Arduino

Si estáis leyendo ésto, seguramente sepais que es Arduino, si no, os remito a la página del proyecto y a su entrada en wikipedia, creo que con eso nos podemos hacer una buena idea de en que consiste ésta plataforma de desarrollo perfecta para prototipos.

Yo compré uno por primera vez hace un año y medio mas o menos y he hecho muchas tonterías con él. Si os gusta la electrónica es un trasto muy divertido para jugar. Éste verano empecé un nuevo proyecto con él. Comprarme un tanque teledirigido, quitarle toda la electrónica salvo los motores y reemplazarla por un Arduino y otros componentes montados por mi, añadiendo nuevas funciones al tanque y nuevas formas de control; actualmente se puede dirigir con un mando de PS2 inalámbrico, por un móvil Android por Bluetooth, tengo en desarrollo una tercera por internet con una cámara acoplada al tanque y puede que en un futuro un sistema autónomo con sensores de proximidad. No pretendo hacer una guía paso a paso para hacer algo igual, pero si poder servir de inspiración a alguien a quién le surjan problemas parecidos a los míos en algún momento y por supuesto, dejarlo por escrito, para recordarlo yo en un futuro :-)

En éste artículo voy a hablar del tanque en si y del hardware y en el próximo de toda la parte de programación y software.

El tanque es un M41A3 Walker Bulldog a escala a 1:16. A una escala más pequeña sería muy complicado meterle dentro toda la electrónica.

En mi caso hable con un vendedor a ver si tenían algún tanque a esa escala con la electrónica averiada pero con los motores funcionando y tuve la suerte de que si. Me costó 40€ cuando su precio original era de 100€. Eso si, sin batería y sin mando. En cualquier caso la batería de serie era muy flojilla y el mando no pensaba utilizarlo.

Desgraciadamente, no hice fotos durante el proceso de montaje del interior, así que sólo podéis ver el resultado final. Todos los cables y componentes están muy desordenados, para mi próximo proyecto tendré que mejorar ese aspecto. Aquí os dejo un diagrama muy simple de todos los componentes que he metido en el tanque.

Tenemos una batería a 7.4V de LiPo y un regulador de voltaje que consigue sacar 5V estables, independientemente de la carga de la batería. A partir de éste regulador de voltaje se alimentan los circuitos lógicos del Arduino, de los dobles puentes en H, del transistor y del receptor para el mando de la PS2 y del receptor Bluetooth. Los motores van directamente a 7.4V. Paso a explicar brevemente que hace y como funciona cada componente. La mayoría se pueden comprar en cualquier tienda de electrónica o por Ebay.

 

Arduino

Arduino Mega

El Arduino en si. Existen varios tipos, pero yo en éste caso he usado un Arduino MEGA, ya que tiene 3 entradas y 3 salidas serie (TX y RX) y aunque ahora mismo sólo utilizo una, creo que en un fururo necesitaré otra. El típico para iniciarse es el Arduino UNO, que es igual pero con menos conexiones. Se puede comprar en muchos sitios, pero como de costumbre, lo más barato es Ebay.

Arduino UNO

Batería

Baterías Chinas baratas.
Aunque no lo parezca, detrás de la sinta aislante,
los cables están correctamente soldados

En éste caso la batería original del tanque funcionaba a 7.4V, así que decidí utilizar una de éste mismo voltaje ya que supuestamente es el adecuado para los motores. También lo he probado con 9.6V y 12V y funciona bien, pero no es lo más adecuado para alargar la vida de los motores.

Batería de calidad

Primero pedí dos muy baratas (4€ cada una) de NiMH por Ebay. Cada una daba en teoría 1400 mA, así que junté las dos en paralelo para crear una de 7.4V y 2800 mA. El problema es que estas especificaciones estaban muy infladas y el tanque duraba en marcha unos 10 minutos. Como lo barato sale caro, me lanzé a por una de calidad; de LiPo de 7.4V, 4000mA y de una marca conocida. Me costó con el cargador balanceador de carga 40€, pero no tiene nada que ver con las otras. Además el cargador es una gozada, carga todo tipo de baterías de forma precisa, no como esos transformadores con un led que llevan las de NiMH. Con ésta batería puedo tener el tanque en marcha una hora sin problemas. El único problema es que llevaba como conectores bananas, y yo necesitaba Tamiyas, así que tuve que cambiárselos.


Regulador de voltaje

Regulador de voltaje basado en
un LM2596S

Los motores funcionan directamente con el voltaje suministrado por las baterías, pero el Arduino y el resto de componentes electrónicos montados necesitan 5V suministrados de forma estable (que no varien en función de la carga de la batería).

Primero pensé en bajar el voltaje con diodos o resistencias, pero de ese modo el voltaje de salida dependería del de entrada, y la conversión sería poco eficiente. Entonces descubrí éstos reguladores de voltaje ya montados, basados en integrado LM2596S. Simplemente lo conectas a tu fuente de alimentación y con el potenciómetro azul que se ve en la foto ajustas el voltaje de salida. Da el mismo independientemente del de entrada y su eficiencia es del 92%.


Doble Puente en H

L298N montado en el tanque

L298N suelto

Sirven para controlar con una señal PWM y dos señales lógicas (alto o bajo) la velocidad y sentido de giro de un motor. Yo he utilizado basados en un integrado L298N, ya que es capaz de manejar hasta 2A. Para montajes menos potentes podríamos utilizar un L293D que puede manejar hasta 600mA. He utilizado uno montado en una placa, así me ahorro soldaduras y además lleva ya incorporados diodos para evitar retorno de corriente y condensadores para que ésta sea estable. Tiene también un regulador de voltaje incorporado, pero mejor no utilizarlo, es bastante peor que el otro.

Los míos ya estaban montados en el tanque, así que no he podido hacerles fotos, pero aquí dejo uno muy similar con la explicación de para que sirve cada conexión















Transistor

Transistor darlingtop TIP120

Realmente podría haber utilizado otro puente en H, pero sólo tenía dos y el disparo del cañón no necesita ir hacia atrás, así que usé un simple transistor. Cuando le llega corriente lógica del arduino, deja pasar corriente a través de él. Aquí tenéis el artículo en el que me inspiré. Si la señal lógica que le llega fuera PWM, podríamos controlar el voltaje (la velocidad del motor).
Valdría cualquier NPN capaz de manejar cargas elevadas, yo he utilizado los mismos que en la página que enlazo, TIP120. Es un darlington (dos transistores en cascada) y para éste menester resulta ideal. Además tenía unos cuantos por casa.


Receptor bluetooth

He utilizado un receptor bluetooth alimentado a 5V y con interfaz de puerto serie. Se conecta directamente a los puertos RX y TX del Arduino.










Indicador de voltaje bajo.

Si las baterías LiPo se descargan por debajo de cierto voltaje se estropean. Para evitar que ésto pase lo mejor es utilizar un indicador de voltaje bajo. Éstos aparatos monitorizan continuamente la tensión, y cuando llega a niveles peligrosos pitan, avisándonos de que hay que cargarla

Indicador conectado a la batería. Se encienden dos
leds verdes porque la batería es de dos celdas que
están suficientemente cargadas

Mando inalámbrico PS2

Adaptador para mando inalámbrico conectado

Para el sistema de control primero pensé en una mando de wii, pero tiene pocos botones y manejar el tanque con los acelerómetros se me hacía complicado. Entonces pensé en un mando de PS2, por poco dinero tienes un montón de botones con dos joysticks analógicos. De por si no son inalámbricos, pero los venden con un receptor a parte, así que éste es el sistema que decidí utilizar. Para conectarlo correctamente al Arduino me compré un alargador para mando de PS2 y corté el cable, así tengo dentro el conector y puedo enchufarle otro mando en un momento dado.

Y hasta aquí la parte de hardware. Ahora queda mucho cableado y por supuesto programar el Arduino para que todos los componentes funcionen juntos como un reloj. Iba a subir un vídeo del tanque en marcha, pero mi perro no deja de ladrarle... Así que lo subiré en la próxima parte.

Actualización: Ya está la 2ª parte. ¡Con vídeo y todo!