PCB dizains mobilajam tālrunim kontrolētam robotam: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šo projektu es īstenoju 2012. gadā kā savu mazo projektu. Šo projektu iedvesmoja nepieciešamība pēc metodes, lai neitralizētu draudus bez tiešas cilvēku iejaukšanās. Tas bija laiks, kad manu valsti smagi skāra vardarbība, kas mani motivēja izstrādāt vienkāršu robotu transportlīdzekli, ko var vadīt ar jebkuru mobilo tālruni. Robotu kontrolē, izmantojot DTMF audio frekvences, kas ļauj tam nodrošināt plašāku darbības pārklājumu pat 2G tīklos. Šajā pamācībā es vairāk pievērsīšos PCB dizainam.

Piegādes

M8870 DTMF dekodētājs

89C51Mikrokontrolleris

L293D motora vadītājs

DC Motors

Automašīnu robotu šasija

Mobilais telefons

5v Regulēts barošanas avots

1. darbība: pamatstruktūra

Apskatīsim robota pamatstruktūru.

Tur parādītais mobilais tālrunis tiek izmantots robota vadīšanai. Mēs veicam zvanu uz klausuli, kas ir ievietota robota iekšpusē, robots automātiski pieņem zvanu, un tad mums ir jānospiež katra taustiņa, lai kontrolētu robota kustību, ko kontrolē ar ar to saistītā mikrokontrollera palīdzību. Robotu var atiestatīt, izmantojot ārējo atiestatīšanas slēdzi. Katrs slēdzis tiek piešķirts katrai darbībai. Nospiežot robota kustībai atbilstošo taustiņu, DTMF dekodētājs dekodē uztvērējā ģenerēto signālu un nosūta bināro kodu mikrokontrolleram. Mikrokontrolleris ir ieprogrammēts tā, ka, atklājot kustībai atbilstošos bināros kodus, mikrokontrolleris motora vadītājam piešķirs atbilstošo bināro ieeju. Motora vadītājs interpretēs signālu un piešķirs motoram atbilstošu spriegumu, tādējādi pārslēdzot to un pagriežot motoru attiecīgajā virzienā.

2. darbība: DTMF DEKODERIS

M8870 ir pilns DTMF uztvērējs, kas apvieno gan joslu sadalīšanas filtru, gan dekodētāja funkcijas vienā 18 kontaktu DIP vai SOIC paketē. Ražots, izmantojot CMOS procesa tehnoloģiju, M-8870 piedāvā zemu enerģijas patēriņu (maksimums 35 mW) un precīzu datu apstrādi. Tās filtru sadaļā tiek izmantota pārslēgta kondensatora tehnoloģija gan augstas, gan zemas grupas filtriem un zvanu signāla noraidīšanai. Tā dekodētājs izmanto digitālās skaitīšanas metodes, lai atklātu un atšifrētu visus 16 DTMF toņu pārus 4 bitu kodā. Ārējo komponentu skaitu samazina, nodrošinot mikroshēmas diferenciālo ieejas pastiprinātāju, pulksteņa ģeneratoru un fiksētu trīsstāvu saskarnes kopni. Nepieciešamie minimālie ārējie komponenti ietver zemu cenu 3,579545 MHz krāsu pārrāvuma kristālu, laika rezistoru un laika kondensatoru. M-8870-02 nodrošina “izslēgšanas” iespēju, kas, ieslēdzot, samazina patēriņu līdz mazāk nekā 0,5 mW. M-8870-02 var arī kavēt ceturtās kolonnas ciparu dekodēšanu.

M8870 iezīmes:

• Pilnīgs DTMF uztvērējs
• Zems enerģijas patēriņš (35 mw)
• Iekšējais pastiprinājuma iestatīšanas pastiprinātājs
• Regulējams iegūšanas un izlaišanas laiks
• Centrālā biroja kvalitāte
• Izslēgšanas režīms (5 mw)
• Viens 5 voltu barošanas avots
• Numura sastādīšanas signāla slāpēšana
• Inhibēšanas režīms

Izmantojot DTMF paņēmienu, tālrunī tiek parādīts 16 parasto burtciparu rakstzīmju (0-9, A-D, *, #) attēlojums. Zemākā izmantotā frekvence ir 697 Hz, bet augstākā - 1633 Hz. DTMF tastatūra ir sakārtota tā, ka katrai rindai būs sava unikālā toņu frekvence, kā arī katrai kolonnai būs sava unikālā toņu frekvence. Augšpusē ir attēlota tipiskā DTMF tastatūra un ar to saistītās rindu/kolonnu frekvences. Nospiežot taustiņu, piemēram, 5, tiks ģenerēts divtoņu tonis, kas sastāv no 770 Hz zemajai grupai un 1336 Hz augstajai grupai.

3. darbība: 89C51 MIKROKONTROLLERIS

Šeit izmantotais mikrokontrolleris ir AT89C51. AT89C51 ir mazjaudas, augstas veiktspējas 8 bitu CMOS mikrodators ar 8K baitiem Flash programmējamu un dzēšamu tikai lasāmu atmiņu (PEROM). Ierīce tiek ražota, izmantojot Atmel augsta blīvuma gaistošās atmiņas tehnoloģiju, un tā ir saderīga ar nozares standarta 80C51 un 80C52 instrukciju komplektu un kontaktdakšu. Tā ir vadības ierīce, kuru var ieprogrammēt atbilstoši prasībām. Šajā projektā tas pieņem bināro kodu, kas atbilst konstatētajam signālam, un binārais kods dzinēju darbināšanai tiks nosūtīts uz vadītāja IC.

Iespējas:

• ATMEL produkts
• Līdzīgi kā 8051
• 8 bitu mikrokontrolleris
• Izmanto EPROM vai FLASH atmiņu
• Vairāku laiku programmējams (MTP)

ATMEL89C51 kopumā ir 40 tapas, kas paredzētas dažādām funkcijām, piemēram, I/O, RD, WR, adresei un pārtraukumiem. No 40 tapām četras pieslēgvietas P0, P1, P2 un P3 ir rezervētas kopā 32 tapas, kur katra pieslēgvieta aizņem 8 tapas. Pārējās tapas ir apzīmētas kā Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA un PSEN. Visas šīs tapas, izņemot PSEN un ALE, izmanto visi 8051 un 8031 ģimeņu pārstāvji.

4. darbība: L293D MOTOR DRIVER

Abi motori tiek darbināti, izmantojot L293D motora draivera IC. L293D ir četrkāršs H-tilta divvirzienu motora draivera IC, kas var vadīt strāvu līdz 600 mA ar sprieguma diapazonu no 4,5 līdz 36 voltiem. Tas ir piemērots, lai vadītu mazus līdzstrāvas motorus, bipolārus soļu motorus utt.

L293D iezīmes:

• 600ma izejas strāvas spēja katrā kanālā
• 1.2A maksimālā izejas strāva (neatkārtota) katrā kanālā
• Iespējot FacilityOver aizsardzību
• Loģisks “0” ieejas spriegums līdz 1,5 v (augsta trokšņa necaurlaidība)
• Iekšējās skavas diodes

L293D ir četrkārtīgi augstas strāvas puse H diski. L293D ir paredzēts divvirzienu piedziņas strāvas nodrošināšanai līdz 600 mA pie sprieguma no 4,5 V līdz 36 V. augstsprieguma slodzes pozitīvās barošanas pielietojumos. L293D sastāv no četrām ieejām ar pastiprinātājiem un izejas aizsardzības shēmām. Diski ir iespējoti pa pāriem, 1. un 2. diskdzini ir iespējoti ar 1., 2. EN un 3. un 4. diskdzini - ar 3., 4. EN. Ja iespējošanas ievade ir augsta, saistītais draiveris ir iespējots un to izejas ir aktīvas un vienā fāzē ar ieejām.

5. solis: barošanas bloks

Mazjaudas līdzstrāvas baterijām ir atbilstošs spriegums 5V-9V un maksimālā strāva. 1000 mA. Lai iegūtu regulētu līdzstrāvas spriegumu, tika izmantoti sprieguma regulatori. Sprieguma regulatora IC ir pieejami ar fiksētu (parasti 5, 12 un 15 V) vai mainīgu izejas spriegumu. Tos novērtē arī pēc maksimālās strāvas, ko tie var iziet. Ir pieejami negatīvi sprieguma regulatori, galvenokārt izmantošanai divējādos barošanas avotos. Lielākā daļa regulatoru ietver automātisku aizsardzību pret pārmērīgu strāvu (“aizsardzība pret pārslodzi”) un pārkaršanu (“termiskā aizsardzība”). Daudziem fiksētā sprieguma regulatora IC ir 3 vadi un tie izskatās kā jaudas tranzistori, piemēram, 7805 (+5V, 1A) regulators, kas parādīts labajā pusē. Tajos ir caurums radiatora piestiprināšanai, ja nepieciešams.

6. darbība: programmēšana

89C51 programmas izstrādei tika izmantota Keil uVision programmatūra, un mūsu pasūtījuma izgatavoto PCB projektēšanai un izgatavošanai tika izmantota Orcad Capture / Layout.

Visi MT8870 sērijas veidi izmanto ciparu skaitīšanas paņēmienus, lai noteiktu un atšifrētu visus 16 DTMF toņu pārus 4 bitu koda izejā. Iebūvētā zvana signāla noraidīšanas ķēde novērš nepieciešamību pēc iepriekšējas filtrēšanas, kad

ievades signāls tika dots 2. tapā (IN-) vienpusējā ievades konfigurācijā ir atzīts par efektīvu, pareizais DTMF signāla 4 bitu atšifrēšanas signāls tiek pārsūtīts caur Q1 (pin11) līdz Q 4 (pin 14) 89C51 IC 1. porta ievades tapas P1.0 (pin 1) līdz P1.3 (pin 4). AT89C51 ir kontrolvienība. Šajā projektā tas pieņem bināro kodu, kas atbilst konstatētajam signālam, un binārais kods dzinēju darbināšanai tiks nosūtīts uz vadītāja IC. Izeja no mikrokontrollera pieslēgvietas tapām P2.0 līdz P2.3 tiek ievadīta attiecīgi motora vadītāja L293D ieejā IN1 līdz IN4, lai darbinātu divus līdzstrāvas motorus. Tiek izmantots arī manuāls atiestatīšanas slēdzis. Mikrokontrollera izeja nav pietiekama, lai darbinātu līdzstrāvas motorus, tāpēc motora griešanai ir nepieciešami strāvas draiveri. L293D sastāv no četriem vadītājiem. Pin IN1 līdz IN4 un out1 visā 4 ir attiecīgi vadītāja 1 ieejas un izejas tapas vadītājam 4.

7. solis: programma

ORG 000H

SĀKT:

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

BEIGAS

8. solis: PCB IZSTRĀDĀŠANA

PCB izgatavošana tika pabeigta 4 posmos:

1. Komponentu izkārtojuma projektēšana

2. PCB izkārtojuma projektēšana

3. Urbšana

4. PCB kodināšana

PCB komponenti tika iestatīti, izmantojot programmatūru Orcad Capture, un tie tika importēti Orcad Layout, lai izveidotu savienojumus. Pēc tam izkārtojums tika atspoguļots drukāšanai uz iztīrītās vara plāksnes. Pēc drukāšanas (mēs izmantojām pulverkrāsu saturošu printeri, lai izdrukātu izkārtojumu uz balta papīra, un izmantojām dzelzs kasti, lai uzsildītu un pārnestu iespaidu uz vara plāksnes virsmu. Papildu varš tika iegravēts, izmantojot dzelzs hlorīda šķīdumu un kā katalizators tika izmantots neliels daudzums sālsskābes. Pēc tam, kad plāksne bija pienācīgi iegravēta, caurumi tika urbti, izmantojot rokas PCB urbjmašīnu. Komponenti tika iegādāti un rūpīgi pielodēti pie tāfeles. Kas attiecas uz IC, vispirms tika pielodēti pārtraukumi uz kuriem tika novietoti IC.

9. solis: pārbaude

Lai robots darbotos, kā paredzēts, mēs iespējojām automātisko atbildēšanu mobilajā klausulē NokiaC1-02, kuru izmantojām kā robota uztvērēju. Tātad, kad kāds zvana uz šo numuru, mobilais tālrunis automātiski atbild. Kad zvanītājs nospiež signāla slēdzi, uztvērēja klausule to saņem un nosūta uz DTMF dekodētāju, izmantojot audio izeju. Atšifrētājs dekodē nospiesto taustiņu un paziņo 89C51 mikrokontrolleram. Pēc tam mikrokontrolleris, izmantojot motora draiverus, izsniedz robotam atbilstošas vadības komandas.

10. darbība: atsauces

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