Dizajn PCB -a za robota upravljanog mobitelom: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Ovaj projekat sam uradio 2012. godine kao svoj manji projekat. Ovaj projekt inspiriran je potrebom za metodom neutraliziranja prijetnji bez izravne intervencije ljudi. Tada je moja zemlja bila teško pogođena nasiljem koje me je motiviralo da razvijem jednostavno robotsko vozilo kojim se može upravljati bilo kojim mobilnim telefonom. Robotom se upravlja putem DTMF audio frekvencija što mu omogućuje širu operativnu pokrivenost čak i u 2G mrežama. U ovom uputstvu više ću se fokusirati na dizajn PCB -a.

Supplies

M8870 DTMF dekoder

89C51Mikrokontroler

L293D Vozač motora

DC motori

Šasija robotskog automobila

Mobitel

5v Regulirano napajanje

Korak 1: Osnovna struktura

Pogledajmo osnovnu strukturu robota.

Mobilna slušalica koja je tamo prikazana koristi se za upravljanje robotom. Pozivamo slušalicu koja je smještena unutar robota, robot tada automatski prihvaća poziv i tada moramo pritisnuti svaku tipku za upravljanje kretanjem robota, kojim se upravlja uz pomoć mikrokontrolera koji je s njim povezan. Robot se može resetirati pomoću vanjskog prekidača za resetiranje. Svaki prekidač je dodijeljen za svaku operaciju. Kada se pritisne tipka koja odgovara kretanju robota, DTMF dekoder će dekodirati ton generiran na prijemniku i poslati binarni kod mikrokontroleru. Mikrokontroler je programiran na takav način da kada se otkriju binarni kodovi koji odgovaraju kretanju, mikrokontroler će dati odgovarajući binarni ulaz upravljačkom programu motora. Vozač motora će protumačiti signal i dat će motoru odgovarajuće napone, čime će ga prebaciti i okrenuti motor u odgovarajućem smjeru.

Korak 2: DTMF DECODER

M8870 je potpuni DTMF prijemnik koji integrira i filter razdvojenog pojasa i funkcije dekodera u jedan 18-pinski DIP ili SOIC paket. Proizveden korištenjem CMOS procesne tehnologije, M-8870 nudi nisku potrošnju energije (maksimalno 35 mW) i precizno rukovanje podacima. Njegov odsječak filtera koristi tehnologiju preklopljenog kondenzatora i za filtere visoke i niske grupe te za odbijanje tonova biranja. Njegov dekoder koristi tehnike digitalnog brojanja za otkrivanje i dekodiranje svih 16 DTMF tonskih parova u 4-bitni kod. Broj vanjskih komponenti minimiziran je osiguranjem ugrađenog diferencijalnog pojačala na čipu, generatora takta i zasune sabirnice sa tri stanja. Minimalne potrebne vanjske komponente uključuju jeftini burst kristal u boji od 3,579545 MHz, vremenski otpornik i vremenski kondenzator. M-8870-02 nudi opciju "isključivanja" koja, kada je omogućena, smanjuje potrošnju na manje od 0,5 mW. M-8870-02 također može spriječiti dekodiranje znamenki četvrte kolone.

Karakteristike M8870:

• Kompletan DTMF prijemnik
• Mala potrošnja energije (35mw)
• Interno pojačalo za podešavanje pojačanja
• Podesiva vremena preuzimanja i otpuštanja
• Kvalitet centralnog ureda
• Način isključivanja (5mw)
• Jedno napajanje od 5 volti
• Suzbijanje tonova biranja
• Način blokiranja

DTMF tehnika daje jasan prikaz 16 uobičajenih alfanumeričkih znakova (0-9, A-D, *, #) na telefonu. Najniža korištena frekvencija je 697 Hz, a najveća korištena frekvencija je 1633Hz. DTMF tastatura je raspoređena tako da će svaki red imati svoju jedinstvenu frekvenciju tona, a takođe će svaka kolona imati svoju jedinstvenu frekvenciju tonova. Gore je prikaz tipične DTMF tastature i pripadajućih frekvencija reda/stupca. Pritiskom na tipku, na primjer, 5, generirat će se dvotonski ton koji se sastoji od 770 Hz za nisku grupu i 1336 Hz za visoku grupu.

Korak 3: 89C51 MIKROKONTROLER

Mikrokontroler koji ovdje koristimo je AT89C51. AT89C51 je CMOS 8-bitno mikroračunalo male snage, visokih performansi, sa 8K bajtova Flash programibilne i izbrisive memorije samo za čitanje (PEROM). Uređaj je proizveden pomoću Atmelove nehlapljive memorijske tehnologije velike gustoće i kompatibilan je sa industrijskim standardom 80C51 i 80C52 instrukcijskim setom i ispisom. To je upravljačka jedinica koja se može programirati prema zahtjevima. U ovom projektu prihvaća binarni kôd koji odgovara primljenom detektiranom tonu, a binarni kôd za pogon motora bit će poslan upravljačkoj IC.

Karakteristike:

• ATMEL -ov proizvod
• Slično kao i 8051
• 8-bitni mikrokontroler
• Koristi EPROM ili FLASH memoriju
• Višestruko programirano (MTP)

ATMEL89C51 ima ukupno 40 pinova koji su posvećeni raznim funkcijama kao što su I/O, RD, WR, adresa i prekidi. Od 40 pinova, ukupno 32 pina su izdvojena za četiri porta P0, P1, P2 i P3, gdje svaki port ima 8 pinova. Ostali pinovi označeni su kao Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA i PSEN. Sve ove pinove osim PSEN -a i ALE -a koriste svi članovi porodica 8051 i 8031.

Korak 4: L293D MOTORNI VOZAČ

Dva motora se pokreću pomoću IC upravljačkog programa motora L293D. L293D je četverostruki dvosmjerni upravljački sklop motora s pola H-mosta koji može pokretati struju do 600 mA s rasponom napona od 4,5 do 36 volti. Pogodan je za pogon malih istosmjernih motora, bipolarnih koračnih motora itd.

Karakteristike L293D:

• Mogućnost izlazne struje 600ma po kanalu
• 1.2A vršna izlazna struja (neponavljajuća) po kanalu
• Omogućite zaštitu objekta od previsoke temperature objekta
• Logički "0" ulazni napon do 1,5 v (imunitet na visoku buku)
• Unutrašnje stezne diode

L293D su četverostruki visokotočni polugonski pogoni. L293D je dizajniran za pružanje dvosmjerne pogonske struje do 600 mA pri naponima od 4,5 V do 36 V. Oba pogona su dizajnirana za pogon induktivnog opterećenja, poput releja, solenoida, istosmjernog i bipolarnog koračnog motora, kao i velike struje/ visokonaponska opterećenja u aplikacijama pozitivnog napajanja. L293D se sastoji od četiri ulaza s pojačalima i izlaznim zaštitnim krugovima. Pogoni su omogućeni u paru, s pogonima 1 i 2 omogućenim pomoću 1, 2 EN, a pogonima 3 i 4 omogućenim s 3, 4 EN. Kada je ulaz za omogućavanje visok, pridruženi upravljački program je omogućen, a njihovi izlazi su aktivni i u fazi su sa svojim ulazima.

Korak 5: Jedinica za napajanje

Jednokratne istosmjerne baterije dolaze s odgovarajućim naponom od 5V do 9V i strujom od max. 1000mA. Za dobivanje reguliranog istosmjernog napona korišteni su regulatori napona. IC -ovi regulatora napona dostupni su sa fiksnim (tipično 5, 12 i 15V) ili promjenjivim izlaznim naponom. Oni su takođe ocijenjeni maksimalnom strujom koju mogu proći. Dostupni su regulatori negativnog napona, uglavnom za upotrebu u dvostrukim izvorima napajanja. Većina regulatora uključuje automatsku zaštitu od prekomjerne struje („zaštita od preopterećenja“) i pregrijavanja („toplinska zaštita“). Mnogi IC -ovi regulatora fiksnog napona imaju 3 izvoda i izgledaju kao tranzistori snage, poput regulatora 7805 (+5V, 1A) prikazanog s desne strane. Uključuju rupu za pričvršćivanje hladnjaka ako je potrebno.

Korak 6: Programiranje

Softver Keil uVision korišten je za razvoj programa za 89C51, a Orcad Capture / Layout je korišten za projektiranje i izradu naših PCB -a po mjeri.

Sve vrste serije MT8870 koriste tehnike digitalnog brojanja za otkrivanje i dekodiranje svih 16 DTMF tonskih parova u 4-bitni kodni izlaz. Ugrađeno kolo za odbijanje tona biranja eliminira potrebu za prethodnim filtriranjem kada se

ulazni signal je dat na pinu 2 (IN-) u konfiguraciji jednostrukog ulaza je prepoznata kao učinkovita, ispravan 4-bitni dekodirajući signal DTMF tona prenosi se preko Q1 (pin11) preko Q 4 (pin 14) izlaza na ulazni pinovi P1.0 (pin 1) do P1.3 (pin 4) porta 1 IC 89C51. AT89C51 je upravljačka jedinica. U ovom projektu prihvaća binarni kôd koji odgovara primljenom detektiranom tonu, a binarni kôd za pogon motora bit će poslan upravljačkoj IC. Izlazi iz priključaka P2.0 do P2.3 mikrokontrolera dovode se na ulaz IN1 do IN4 upravljačkog programa motora L293D, za pogon dva istosmjerna motora sa reduktorom. Također se koristi ručni prekidač za resetiranje. Izlaz mikrokontrolera nije dovoljan za pogon istosmjernih motora, pa su za rotaciju motora potrebni trenutni upravljački programi. L293D se sastoji od četiri vozača. Pin IN1 do IN4 i out1 kroz 4 su ulazni i izlazni pinovi, drajvera 1 do driver4, respektivno.

Korak 7: Programirajte

ORG 000H

POČETAK:

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

END

Korak 8: PROIZVODNJA PCB -a

Izrada PCB -a završena je u 4 koraka:

1. Dizajniranje izgleda komponente

2. Dizajniranje izgleda PCB -a

3. Bušenje

4. Nagrizanje PCB -a

Komponente PCB -a su postavljene pomoću softvera Orcad Capture i uvezene su u Orcad Layout za dizajniranje veza. Izgled je zatim preslikan za štampanje na očišćenu bakarnu ploču. Nakon štampanja (koristili smo štampač na bazi boje u prahu za štampanje rasporeda na bijelom papiru, a željeznom kutijom zagrijali i prenijeli otisak na površinu bakrene ploče. Dodatni bakar je iscrtan pomoću otopine željeznog klorida i mala količina klorovodične kiseline korištena je kao katalizator. Nakon što je ploča pravilno nagrizana, rupe su izbušene ručnom bušilicom za PCB. Komponente su kupljene i pažljivo lemljene na ploču. Što se tiče IC -ova, odstupanja su prvo zalemljena na koje su stavljene IK.

Korak 9: Testiranje

Da bi robot radio kako se očekuje, omogućili smo automatsko javljanje na mobilnoj slušalici NokiaC1-02 koju smo koristili kao prijemnik na robotu. Tako da kad god neko pozove taj broj, mobilni telefon se automatski javlja. Kada pozivalac pritisne tonski prekidač, slušalica prima prijemnik i šalje ga u DTMF dekoder putem audio izlaza. Dekoder dekodira tipku koja je pritisnuta i obavještava mikrokontroler 89C51. Mikrokontroler zatim putem upravljačkih programa motora daje robotu odgovarajuće naredbe za upravljanje.

Korak 10: Reference

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