PCB disain mobiiltelefoniga juhitavale robotile: 10 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Tegin selle projekti juba 2012. aastal oma väiksema projektina. See projekt sai inspiratsiooni vajadusest meetodi järele, mis neutraliseeriks ohte ilma inimeste otsese sekkumiseta. Just sel ajal tabas mu kodumaad vägivald, mis ajendas mind välja töötama lihtsa robotisõiduki, mida saab juhtida mis tahes mobiiltelefoniga. Robotit juhitakse DTMF -helisageduste kaudu, mis võimaldab tal olla laiema töövõimega isegi 2G -võrkudes. Selles juhendis keskendun rohkem PCB kujundusele.

Tarvikud

M8870 DTMF dekooder

89C51Mikrokontroller

L293D mootorijuht

DC mootorid

Robot auto šassii

Mobiiltelefon

5v Reguleeritud toide

Samm: põhistruktuur

Vaatame üle roboti põhistruktuuri.

Roboti juhtimiseks kasutatakse seal näidatud mobiiltelefoni. Helistame telefonitorule, mis asetatakse roboti sisse, robot võtab kõne automaatselt vastu ja seejärel peame vajutama iga klahvi, et juhtida roboti liikumist, mida juhitakse sellega seotud mikrokontrolleri abil. Roboti saab lähtestada välise lähtestuslüliti abil. Iga lüliti on määratud iga toimingu jaoks. Kui vajutatakse roboti liikumisele vastavat klahvi, dekodeerib DTMF -dekooder vastuvõtjas genereeritud tooni ja saadab kahendkoodi mikrokontrollerile. Mikrokontroller on programmeeritud nii, et kui tuvastatakse liikumisele vastavad binaarkoodid, annab mikrokontroller mootorsõidukijuhile vastava binaarsisendi. Mootorijuht tõlgendab signaali ja annab mootorile sobiva pinge, lülitades selle sisse ja pöörates mootorit vastavas suunas.

2. samm: DTMF -DEKOODER

M8870 on täielik DTMF-vastuvõtja, mis ühendab nii sagedusfiltri kui ka dekoodri funktsioonid ühte 18-kontaktilisse DIP- või SOIC-paketti. CMOS-protsessitehnoloogia abil toodetud M-8870 pakub madalat energiatarbimist (maksimaalselt 35 mW) ja täpset andmetöötlust. Selle filtriosa kasutab lülitatud kondensaatoritehnoloogiat nii kõrge kui ka madala rühma filtrite jaoks ja valimistooni tagasilükkamiseks. Selle dekooder kasutab digitaalseid loendustehnikaid, et tuvastada ja dekodeerida kõik 16 DTMF-toonipaari 4-bitiseks koodiks. Väliskomponentide arvu vähendatakse kiibil oleva diferentsiaalse sisendvõimendi, kellageneraatori ja lukustatud kolme olekuga liidese abil. Minimaalsete vajalike väliskomponentide hulka kuuluvad odav 3,579545 MHz värvipurskega kristall, ajastustakisti ja ajastuskondensaator. M-8870-02 pakub väljalülitusvõimalust, mis lubamisel vähendab tarbimist alla 0,5 mW. M-8870-02 võib pärssida ka neljanda veeru numbrite dekodeerimist.

M8870 omadused:

• Täielik DTMF -vastuvõtja
• Madal energiatarve (35 mw)
• Sisemine võimenduse seadistusvõimendi
• Reguleeritavad hankimise ja vabastamise ajad
• Keskkontori kvaliteet
• Väljalülitusrežiim (5 mw)
• Üks 5 -voldine toide
• Valimistooni summutamine
• Inhibeerimisrežiim

DTMF-tehnikas kuvatakse telefonis 16 tavalist tähtnumbrilist märki (0-9, A-D, *, #). Madalaim kasutatav sagedus on 697 Hz ja kõrgeim 1633 Hz. DTMF -klahvistik on paigutatud nii, et igal real on oma ainulaadne helisagedus ja ka igal veerul on oma unikaalne helisagedus. Ülal on kujutatud tüüpiline DTMF -klahvistik ja sellega seotud ridade/veergude sagedused. Vajutades klahvi, näiteks 5, luuakse kahetooniline toon, mis koosneb 770 Hz madalale rühmale ja 1336 Hz kõrgele rühmale.

3. samm: 89C51 MIKROKONTROLLER

Siin kasutatav mikrokontroller on AT89C51. AT89C51 on väikese võimsusega ja suure jõudlusega 8-bitine CMOS-i mikroarvuti, mille 8K baiti on programmeeritav ja kustutatav Flashi mälu (PEROM). Seade on toodetud Atmeli suure tihedusega püsimälu tehnoloogia abil ning ühildub tööstusstandardite 80C51 ja 80C52 juhiste ja pistikuga. See on juhtseade, mida saab programmeerida vastavalt nõuetele. Selles projektis võtab see vastu tuvastatud toonile vastava binaarkoodi ja mootorite juhtimiseks mõeldud binaarkood saadetakse juhi IC -le.

Funktsioonid:

• ATMELi toode
• Sarnane 8051 -ga
• 8-bitine mikrokontroller
• Kasutab EPROM- või FLASH -mälu
• Mitu korda programmeeritav (MTP)

ATMEL89C51 -l on kokku 40 tihvti, mis on pühendatud erinevatele funktsioonidele, nagu I/O, RD, WR, aadress ja katkestused. 40 tihvtist on nelja pordi P0, P1, P2 ja P3 jaoks eraldatud kokku 32 tihvti, kus iga port võtab 8 tihvti. Ülejäänud tihvtid on tähistatud kui Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA ja PSEN. Kõiki neid tihvte, välja arvatud PSEN ja ALE, kasutavad kõik 8051 ja 8031 perekonna liikmed.

4. samm: L293D MOOTORIDRAiver

Mõlemat mootorit juhitakse L293D mootorijuhi IC abil. L293D on neljakordne H-silla kahesuunaline mootorijuht IC, mis suudab juhtida voolu kuni 600 mA pingevahemikus 4,5 kuni 36 volti. See sobib väikeste DC-hammasülekandega mootorite, bipolaarse samm-mootori jne juhtimiseks.

L293D omadused:

• 600ma väljundvoolu võimalus kanali kohta
• 1.2A tippväljundvool (mitte korduv) kanali kohta
• Luba FacilityOve temperatuur
• Loogiline “0” sisendpinge kuni 1,5 v (kõrge mürataluvus)
• Sisemised klambridioodid

L293D on neljakordse suure vooluga pool H ajamid. L293D on loodud pakkuma kahesuunalist ajamivoolu kuni 600 mA pingetel 4,5 V kuni 36 V. Mõlemad ajamid on ette nähtud induktiivkoormuse, näiteks relee, solenoidi, alalisvoolu ja bipolaarse samm -mootori juhtimiseks, samuti suure voolu/ kõrgepinge koormused positiivse toite rakendustes. L293D koosneb neljast võimendite ja väljundkaitseahelatega sisendist. Draivid on lubatud paarikaupa, ajamid 1 ja 2 on lubatud 1, 2 EN ja kettad 3 ja 4 on lubatud 3, 4 ET. Kui lubamise sisend on kõrge, on sellega seotud draiver lubatud ja nende väljundid on aktiivsed ja sisenditega faasis.

Samm: toiteplokk

Madala võimsusega alalisvoolu patareid on varustatud sobiva pingega 5–9 V ja maksimaalse vooluga. 1000 mA. Reguleeritud alalispinge saamiseks kasutati pingeregulaatoreid. Pingeregulaatori IC -d on saadaval fikseeritud (tavaliselt 5, 12 ja 15 V) või muutuva väljundpingega. Neid hinnatakse ka maksimaalse voolu järgi, mida nad läbivad. Saadaval on negatiivsed pingeregulaatorid, peamiselt kasutamiseks kahekordsetes toites. Enamik regulaatoreid sisaldab automaatset kaitset liigse voolu (ülekoormuskaitse) ja ülekuumenemise (termiline kaitse) eest. Paljudel püsipingeregulaatori IC -del on 3 juhet ja need näevad välja nagu toitetransistorid, näiteks paremal näidatud 7805 (+5V, 1A) regulaator. Need sisaldavad vajadusel auku jahutusradiaatori kinnitamiseks.

6. samm: programmeerimine

Programmi 89C51 väljatöötamiseks kasutati tarkvara Keil uVision ning meie eritellimusel valmistatud PCB kujundamiseks ja valmistamiseks kasutati Orcad Capture / Layout.

Kõik MT8870 seeria tüübid kasutavad digitaalseid loendustehnikaid, et tuvastada ja dekodeerida kõik 16 DTMF-toonipaari 4-bitiseks koodväljundiks. Sisseehitatud valimistooni tagasilükkamisahel välistab vajaduse eelfiltreerimiseks, kui

sisendsignaal anti pin-2 (IN-) ühe otsaga sisendkonfiguratsioonis tunnistatakse tõhusaks, õige 4-bitine DTMF-tooni dekodeerimissignaal edastatakse Q1 (pin11) kaudu Q4 (pin 14) väljundisse 89C51 IC pordi 1 sisendpoldid P1.0 (tihvt 1) kuni P1.3 (tihvt 4). AT89C51 on juhtseade. Selles projektis võtab see vastu tuvastatud toonile vastava binaarkoodi ja mootorite juhtimiseks mõeldud binaarkood saadetakse juhi IC -le. Mikrokontrolleri portide tihvtide P2.0 kuni P2.3 väljund suunatakse vastavalt mootori draiveri L293D sisendisse IN1 kuni IN4, et juhtida kahte hammasülekandega alalisvoolumootorit. Kasutatakse ka käsitsi lähtestamise lülitit. Mikrokontrolleri väljundist ei piisa alalisvoolumootorite käitamiseks, seega on mootori pöörlemiseks vaja voolu draivereid. L293D koosneb neljast draiverist. Pin IN1 kuni IN4 ja out1 läbi 4 on vastavalt draiveri1 ja juhi4 sisend- ja väljundnõelad.

Samm: programm

ORG 000H

START:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

L1: MOV A, P1

CJNE A, #04H, L2

MOV A, #0AH

MOV P2, A

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

MOV A, #05H

MOV P2, A

LJMP L1

L3: CJNE A, #0AH, L4

MOV A, #00H

MOV P2, A

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

MOV A, #06H

MOV P2, A

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

MOV A, #09H

MOV P2, A

LJMP L1

LÕPP

8. samm: trükkplaatide valmistamine

PCB valmistamine viidi lõpule neljas etapis:

1. Komponentide paigutuse kujundamine

2. PCB paigutuse kujundamine

3. Puurimine

4. PCB söövitamine

PCB komponendid seadistati tarkvara Orcad Capture abil ja imporditi ühenduste kujundamiseks Orcad Layouti. Seejärel peegeldati paigutus puhastatud vaskplaadile printimiseks. Pärast printimist (kasutasime pulbervärvipõhist printerit, et printida paigutus valgele paberile ja kasutasime rauakasti, et kuumutada ja kanda jäljend vaskplaadi pinnale. Lisavase söövitati välja raudkloriidi lahusega ja katalüsaatorina kasutati väikest kogust vesinikkloriidhapet. Pärast plaadi nõuetekohast söövitamist puuriti augud käsitsi PCB puuriga. Komponendid osteti ja joodeti ettevaatlikult plaadile. Mis puutub IC -d, siis esmalt joodeti takistused millele IC -d paigutati.

9. samm: testimine

Et robot töötaks ootuspäraselt, lubasime automaatvastamise mobiiltelefonis NokiaC1-02, mida kasutasime roboti vastuvõtjana. Nii et kui keegi sellele numbrile helistab, vastab mobiiltelefon automaatselt. Kui helistaja vajutab toonilülitit, võtab vastuvõtja telefonitoru vastu ja saadab selle heliväljundi kaudu DTMF -dekoodrile. Dekooder dekodeerib vajutatud klahvi ja teavitab 89C51 mikrokontrollerit. Seejärel annab mikrokontroller mootorile draiverite kaudu asjakohased juhtimiskäsud.

10. samm: viited

www.keil.com/dd/docs/datashts/atmel/at89c51_ds.pdf