آموزش پروژه‌محور | ربات 4WD با Arduino Nano

آموزش کامل اسمبل و سیم‌کشی ربات چهار چرخ

در این صفحه، از باز کردن بسته قطعات تا تست نهایی، همه چیز را مرحله‌به‌مرحله و دقیق یاد می‌گیرید: مونتاژ مکانیکی، چیدمان حرفه‌ای قطعات، سیم‌کشی استاندارد، شماره‌گذاری سیم‌ها (مثل کتاب درسی) و راهنمای بازطراحی در Fritzing.

سطح: مبتدی تا متوسط مدت زمان: ۲ تا ۴ ساعت تمرکز: یادگیری اصولی و قابل فهم بدون تغییر قطعات و اتصالات
آموزش پروژه‌محور | ربات 4WD با Arduino Nano

آموزش کامل اسمبل و سیم‌کشی ربات چهارچرخ (ویژه راهنمایی، دبیرستان و هنرستان)

در این صفحه، از باز کردن بسته قطعات تا تست نهایی، همه چیز را مرحله‌به‌مرحله و دقیق یاد می‌گیرید: مونتاژ مکانیکی، چیدمان حرفه‌ای قطعات، سیم‌کشی استاندارد، شماره‌گذاری سیم‌ها (مثل کتاب درسی) و راهنمای بازطراحی در Fritzing.

سطح: مبتدی تا متوسط مدت زمان: ۲ تا ۴ ساعت تمرکز: یادگیری اصولی و قابل فهم بدون تغییر قطعات و اتصالات
اسمبل ربات, سیم کشی ربات, Arduino Nano, L298N, HC-SR04, OLED I2C, ربات چهار چرخ, آموزش رباتیک نوجوانان, Fritzing

هدف آموزشی و خروجی نهایی

هدف این پروژه فقط «وصل کردن سیم‌ها» نیست. هدف این است که دانش‌آموز یاد بگیرد مدار را مثل یک مهندس بخش‌بندی کند: قدرت، کنترل و حسگرها.

خروجی‌های یادگیری:
  • تشخیص مسیر صحیح تغذیه (+ و GND) و علت مشترک بودن زمین
  • درک نقش درایور موتور (چرا مستقیم به آردوینو وصل نمی‌کنیم؟)
  • سیم‌کشی خوانا و قابل عیب‌یابی (بدون شلوغی)
  • بازطراحی مدار در Fritzing به شکل استاندارد
مرز پروژه:
  • هیچ قطعه‌ای تغییر نمی‌کند
  • هیچ اتصال جدیدی اضافه یا حذف نمی‌شود
  • فقط با جابه‌جایی قطعات و نظم مسیر سیم‌ها، مدار حرفه‌ای می‌شود

قطعات و ابزار لازم

این لیست برای یک ربات 4WD با Arduino Nano، درایور L298N، سنسور HC-SR04، سنسورهای IR و نمایشگر OLED تهیه شده است.

قطعات الکترونیکی

  • برد Arduino Nano
  • درایور موتور L298N
  • ۴ عدد موتور گیربکس‌دار زرد + ۴ چرخ
  • سنسور فاصله HC-SR04
  • ۲ عدد سنسور مادون قرمز (IR Obstacle / Line Sensor)
  • نمایشگر OLED I2C (چهار پایه)
  • پک باتری 18650 (طبق مدار شما)
  • کلید روشن/خاموش
  • ۲ عدد LED + ۲ مقاومت (معمولاً 220Ω تا 1kΩ)
  • جامپر سیم نری-مادگی و نری-نری (ترجیحاً رنگی)

ابزار پیشنهادی

  • پیچ‌گوشتی مناسب پیچ‌های شاسی
  • دم‌باریک یا انبردست کوچک
  • چسب دوطرفه یا بست کمربندی برای نظم سیم‌ها
  • در صورت امکان: مولتی‌متر (برای تست برق و اتصال)

ایمنی و نکات مهم قبل از شروع

هشدار باتری: باتری‌های 18650 در صورت اتصال اشتباه یا اتصال کوتاه می‌توانند داغ شوند و آسیب بزنند. قبل از روشن کردن، یک بار دیگر مسیر +V و GND را چک کنید.
قانون طلایی:
  • ابتدا فقط «زمین مشترک» (GND) را درست کنید، سپس سراغ بقیه سیم‌ها بروید.
  • موتورها نویز دارند: سیم‌های موتور را تا حد ممکن کوتاه و دور از سیم‌های سنسورها نگه دارید.
  • اگر مطمئن نیستید، بدون باتری، فقط با USB برنامه را آپلود کنید؛ سپس باتری را وصل کنید.

چیدمان حرفه‌ای قطعات (برای سیم‌کشی تمیز و قابل فهم)

برای اینکه نوجوان‌ها مدار را سریع بفهمند، باید مدار را مثل یک نقشه شهری تقسیم کنیم: «نیروگاه»، «اتاق فرمان»، «حسگرها».

چیدمان پیشنهادی روی شاسی

ناحیه قطعات چرا اینجا؟
چپ (قدرت) باتری، کلید، L298N جدا کردن نویز و جریان بالا از مدار منطقی
وسط (کنترل) Arduino Nano کوتاه شدن سیم‌های کنترلی و نظم بهتر
راست (حسگر) HC-SR04، IRها، OLED سیم‌های سیگنال کوتاه و مرتب، فهم بهتر نقش سنسورها
هدف این چیدمان: کمترین تقاطع سیم، کوتاه‌ترین مسیرها، و بیشترین خوانایی برای آموزش.
اسمبل ربات, سیم کشی ربات, Arduino Nano, L298N, HC-SR04, OLED I2C, ربات چهار چرخ, آموزش رباتیک نوجوانان, Fritzing

اسمبل مکانیکی شاسی (گام‌به‌گام)

نصب موتورهای زرد روی شاسی
هر موتور در جای مخصوص خودش قرار می‌گیرد. پیچ‌ها را سفت کنید اما آنقدر نه که پلاستیک ترک بخورد.
نصب چرخ‌ها
چرخ باید کامل روی محور موتور بنشیند. اگر لق است از واشر یا تکه پلاستیک نازک استفاده کنید.
جانمایی باتری و بردها
پک باتری سمت چپ و آردوینو وسط باشد. جای L298N کنار باتری انتخاب شود.
نصب سنسور HC-SR04 در جلوی ربات
چشم‌های سنسور باید رو به جلو باشند تا فاصله روبرو را ببیند.
نکته کلاس: از دانش‌آموز بپرسید: «اگر سنسور عقب باشد چه اتفاقی می‌افتد؟» این سوال مفهوم کاربرد سنسور را جا می‌اندازد.
دیاگرام اسمبل قطعات ربات هوش مصنوعی fritize

قوانین سیم‌کشی استاندارد (کد رنگ پیشنهادی)

کد رنگ کمک می‌کند هر کسی (حتی بدون دانستن مدار) سریع بفهمد هر سیم برای چیست.

نوع اتصال رنگ پیشنهادی مثال
تغذیه مثبت قرمز باتری +، 5V ماژول‌ها
زمین (GND) مشکی GND مشترک بین همه قطعات
سیگنال دیجیتال سبز Trig/Echo، خروجی سنسورهای IR
I2C بنفش SDA/SCL نمایشگر OLED
سیم‌های موتور زرد / آبی از L298N به موتور‌ها
قانون نقاشی سیم‌ها: در طراحی (و در Fritzing) تا حد ممکن سیم‌ها را فقط افقی یا عمودی بکشید؛ سیم مورب خوانایی را کم می‌کند.

شماره‌گذاری تمام سیم‌ها (مثل کتاب درسی)

شماره‌گذاری باعث می‌شود کلاس منظم شود: هر دانش‌آموز دقیقاً بداند «سیم شماره ۱۲» کدام است و کجا باید برود. در ادامه، شماره‌ها به شکل منطقی از «برق» شروع می‌شوند و به «حسگرها» می‌رسند.

الف) تغذیه و زمین

شماره سیمازبهرنگ
باتری (+)ورودی کلید روشن/خاموشقرمز
خروجی کلیدورودی تغذیه درایور L298N (Vmot/+12V)قرمز
باتری (GND)زمین مشترک (GND) برای L298N و Arduino و سنسورهامشکی

ب) موتور‌ها (خروجی‌های L298N)

شماره سیمموتورترمینال L298Nرنگ
④-⑤جلو چپOUT1 / OUT2زرد/آبی
⑥-⑦جلو راستOUT3 / OUT4زرد/آبی
⑧-⑨عقب چپOUT1 / OUT2 (کانال دوم طبق مدار شما)زرد/آبی
⑩-⑪عقب راستOUT3 / OUT4 (کانال دوم طبق مدار شما)زرد/آبی
یادآوری: اگر جهت چرخش یک موتور برعکس بود، فقط دو سیم همان موتور را جابه‌جا کنید (مثلاً ④ و ⑤ را برعکس کنید).

ج) سیم‌های کنترلی بین Arduino و L298N

نام پایه‌های دقیق آردوینو به برنامه شما بستگی دارد، اما «ساختار اتصال» همان است: پایه‌های IN1..IN4 و فعال‌سازی ENA/ENB.

شماره سیمپایه روی L298Nپایه روی Arduinoرنگ
IN1یکی از پایه‌های دیجیتالسبز
IN2یکی از پایه‌های دیجیتالسبز
IN3یکی از پایه‌های دیجیتالسبز
IN4یکی از پایه‌های دیجیتالسبز
ENAپایه PWM (برای کنترل سرعت)سبز
ENBپایه PWM (برای کنترل سرعت)سبز

د) سنسورها و OLED

شماره سیمقطعهپایهبه Arduinoرنگ
HC-SR04Trigپایه دیجیتالسبز
HC-SR04Echoپایه دیجیتالسبز
IR بالا/چپOUTپایه دیجیتالسبز
IR پایین/راستOUTپایه دیجیتالسبز
OLEDSDAپایه SDA (I2C)بنفش
OLEDSCLپایه SCL (I2C)بنفش
نکته آموزشی مهم: تمام قطعات باید زمین مشترک داشته باشند؛ اگر زمین مشترک نباشد، سیگنال‌ها معنی ندارند.

سیم‌کشی مرحله‌به‌مرحله (از برق تا سنسورها)

مرحله 1: فقط زمین مشترک (GND)

سیم ③ را وصل کنید (زمین باتری)
باتری GND → GND درایور L298N → GND آردوینو → GND سنسورها. این باید یک شبکه مشترک باشد.

مرحله 2: تغذیه (Positive)

سیم ① و ② را ببندید (باتری + → کلید → L298N)
در این مرحله موتور را هنوز وصل نکنید. ابتدا مطمئن شوید برق درست است.

مرحله 3: اتصال موتور‌ها به L298N

موتورهای جلو را وصل کنید (④ تا ⑦)
دو سیم هر موتور را مستقیم به خروجی‌های مربوط وصل کنید. سیم‌ها کوتاه و منظم باشند.
موتورهای عقب را وصل کنید (⑧ تا ⑪)
مراقب باشید سیم موتور از کنار سنسورها عبور نکند.

مرحله 4: سیم‌های کنترلی Arduino ↔ L298N

IN1..IN4 و ENA/ENB را وصل کنید (⑫ تا ⑰)
این سیم‌ها سیگنال هستند و بهتر است رنگ سبز باشند. مسیرشان کوتاه و بدون پیچش اضافی باشد.

مرحله 5: سنسورها و نمایشگر

HC-SR04 (⑱ و ⑲) را وصل کنید
Trig و Echo حتماً به پایه‌های درست بروند. VCC و GND را نیز مطابق مدار شما وصل کنید.
سنسورهای IR (⑳ و ㉑) را نصب و سیم‌کشی کنید
این دو سنسور را زیر هم قرار دهید تا سیم‌ها منظم‌تر شوند.
OLED (㉒ و ㉓) را با I2C ببندید
SDA/SCL را بنفش بکشید تا دانش‌آموز تفاوت I2C را بفهمد.
پیشنهاد نظم‌دهی: سیم‌های هم‌نوع را کنار هم ببندید (مثلاً دسته سیم سنسورها با بست کمربندی کوچک).

تست و راه‌اندازی اولیه

چک‌لیست قبل از روشن کردن

  • آیا GND همه قطعات مشترک است؟
  • آیا سیم قرمز (+) به اشتباه به GND نرفته است؟
  • آیا سیم‌های موتور به خروجی‌های درست وصل‌اند؟
  • آیا OLED فقط 4 سیم دارد (VCC/GND/SDA/SCL)؟

روش تست پیشنهادی (ایمن)

تست بدون موتور
ابتدا موتور‌ها را جدا کنید و فقط آردوینو را با USB روشن کنید؛ برنامه را آپلود کنید.
تست سنسورها
فاصله HC-SR04 را در سریال مانیتور چاپ کنید و خروجی IRها را چک کنید.
تست موتور با سرعت کم
بعد از اطمینان، موتور را وصل کنید و سرعت PWM را کم بگذارید.
هدف آموزشی تست مرحله‌ای: دانش‌آموز یاد می‌گیرد اشکال را «مرحله‌ای» پیدا کند، نه با حدس و شانس.

عیب‌یابی سریع (Troubleshooting)

مشکلعلت‌های رایجراه‌حل سریع
روبات روشن نمی‌شود کلید اشتباه بسته شده، باتری خالی، اتصال اشتباه + و GND سیم‌های ① و ② و ③ را دوباره چک کنید؛ ولتاژ باتری را اندازه بگیرید
موتورها حرکت نمی‌کنند ENA/ENB وصل نیست، INها اشتباه، تغذیه موتور به L298N نمی‌رسد سیم‌های ⑫ تا ⑰ را بررسی کنید؛ ورودی تغذیه L298N را چک کنید
موتور یک طرف برعکس می‌چرخد قطبیت موتور برعکس وصل شده دو سیم همان موتور را جابه‌جا کنید (مثلاً ④ و ⑤)
OLED چیزی نشان نمی‌دهد SDA/SCL اشتباه، آدرس I2C متفاوت، تغذیه قطع سیم‌های ㉒ و ㉓ را چک کنید؛ تست I2C Scanner انجام دهید
HC-SR04 عددهای عجیب می‌دهد نویز موتور، GND مشترک مشکل دارد GND مشترک را محکم کنید؛ سیم موتور را از سنسور دور کنید

راهنمای بازطراحی دقیق در Fritzing (نقشه تمیز و حرفه‌ای)

هدف در Fritzing این نیست که فقط سیم‌ها وصل شوند؛ هدف این است که نقشه مثل یک مدار آموزشی خوانا باشد.

۱) چیدمان قطعات روی صفحه (Layout)

  • Arduino Nano را وسط بگذارید.
  • L298N را سمت چپ Arduino قرار دهید (نزدیک باتری).
  • OLED را بالا سمت راست Arduino قرار دهید.
  • HC-SR04 را در سمت راست، روبروی Arduino قرار دهید.
  • دو سنسور IR را سمت راست و زیر هم قرار دهید.

۲) قوانین سیم‌کشی در Fritzing

  • سیم‌ها را تا حد ممکن افقی/عمودی بکشید (از مسیرهای 90 درجه استفاده کنید).
  • برای هر دسته، رنگ را ثابت نگه دارید: قرمز برای +، مشکی برای GND، سبز برای سیگنال، بنفش برای I2C.
  • نام‌گذاری کنید: کنار سیم‌ها برچسب بزنید (مثلاً “① Battery+ → Switch”).
  • سیم‌های موتور را جدا و ضخیم‌تر نشان دهید (زرد/آبی).

۳) قالب برچسب‌گذاری پیشنهادی (کپی و استفاده در کلاس)

①  Battery+  → Switch IN
②  Switch OUT → L298N Vmot(+)
③  Battery GND → Common GND (L298N/Arduino/Sensors)

④-⑤  Motor Front-Left  → L298N OUT1/OUT2
⑥-⑦  Motor Front-Right → L298N OUT3/OUT4
⑧-⑨  Motor Back-Left   → L298N OUT1/OUT2 (2nd channel as wired)
⑩-⑪  Motor Back-Right  → L298N OUT3/OUT4 (2nd channel as wired)

⑫ IN1 → Arduino D?
⑬ IN2 → Arduino D?
⑭ IN3 → Arduino D?
⑮ IN4 → Arduino D?
⑯ ENA → Arduino PWM?
⑰ ENB → Arduino PWM?

⑱ Trig → Arduino D?
⑲ Echo → Arduino D?
⑳ IR1 OUT → Arduino D?
㉑ IR2 OUT → Arduino D?

㉒ OLED SDA → Arduino SDA
㉓ OLED SCL → Arduino SCL
          
نکته مهم: شماره‌های “D?” یعنی پایه دقیق آردوینو باید مطابق کد شما باشد. ساختار اتصال تغییر نمی‌کند، فقط شماره پایه‌ها را طبق برنامه خودتان نهایی کنید.

سوالات پرتکرار

چرا زمین (GND) باید مشترک باشد؟

چون همه سیگنال‌ها نسبت به زمین معنی پیدا می‌کنند. اگر زمین مشترک نباشد، «صفر و یک» در هر بخش متفاوت تفسیر می‌شود.

موتور جریان زیادی می‌کشد و آردوینو نمی‌تواند آن را تامین کند. درایور L298N مثل «تقویت‌کننده فرمان» عمل نمی‌کند.

فقط دو سیم همان موتور را روی خروجی L298N جابه‌جا کنید. اتصال‌های دیگر را دست نزنید

پیشنهاد اجرای کلاسی (۳ جلسه‌ای)

جلسه 1 (60-90 دقیقه)
  • معرفی قطعات و نقش‌ها (مغز/قدرت/حسگر)
  • اسمبل شاسی و نصب موتور و چرخ
  • آموزش کد رنگ سیم‌ها
جلسه 2 (60-90 دقیقه)
  • سیم‌کشی تغذیه و GND مشترک
  • اتصال موتور‌ها به L298N
  • تست موتور با برنامه ساده
جلسه 3 (60-90 دقیقه)
  • سیم‌کشی سنسورها و OLED
  • تست و عیب‌یابی مرحله‌ای
  • بازطراحی نقشه در Fritzing با شماره‌گذاری سیم‌ها
پیمایش به بالا