Dizajn DPS pre robota ovládaného mobilným telefónom: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tento projekt som urobil v roku 2012 ako svoj menší projekt. Tento projekt bol inšpirovaný potrebou metódy na neutralizáciu hrozieb bez priameho zásahu ľudí. V tom čase bola moja krajina ťažko zasiahnutá násilím, ktoré ma motivovalo k vývoju jednoduchého robotického vozidla, ktoré je možné ovládať akýmkoľvek mobilným telefónom. Robot je ovládaný zvukovými frekvenciami DTMF, čo mu umožňuje mať širšie operačné pokrytie aj v sieťach 2G. V tomto návode sa viac zameriam na návrh DPS.

Zásoby

Dekodér DTMF M8870

Mikrokontrolér 89C51

Ovládač motora L293D

DC motory

Podvozok robota

Mobilný telefón

Regulované napájanie 5v

Krok 1: Základná štruktúra

Pozrime sa na základnú štruktúru robota.

Na ovládanie robota sa používa tu zobrazený mobilný telefón. Zavoláme na slúchadlo, ktoré je umiestnené vo vnútri robota, robot potom automaticky prijme hovor a potom musíme stlačením každého klávesu ovládať pohyb robota, ktorý je ovládaný pomocou s ním spojeného mikrokontroléra. Robota je možné resetovať pomocou externého vypínača. Každý prepínač je priradený pre každú operáciu. Keď je stlačené tlačidlo zodpovedajúce pohybu robota, dekodér DTMF dekóduje tón generovaný v prijímači a odošle binárny kód do mikrokontroléra. Mikrokontrolér je naprogramovaný tak, že keď sú detekované binárne kódy zodpovedajúce pohybu, mikrokontrolér poskytne zodpovedajúci binárny vstup do ovládača motora. Vodič motora interpretuje signál a dodá motoru vhodné napätie, čím ho prepne a otočí motor v zodpovedajúcom smere.

Krok 2: DTMF DECODER

M8870 je kompletný DTMF prijímač, ktorý integruje funkcie pásmového deleného filtra a dekodéra do jedného 18-kolíkového balíka DIP alebo SOIC. M-8870, vyrobený pomocou technológie procesu CMOS, ponúka nízku spotrebu energie (max. 35 mW) a presné spracovanie údajov. Jeho filtračná časť používa technológiu spínaných kondenzátorov pre filtre vysokých a nízkych skupín a na odmietnutie oznamovacieho tónu. Jeho dekodér používa techniky digitálneho počítania na detekciu a dekódovanie všetkých 16 dvojíc tónov DTMF do 4-bitového kódu. Počet externých komponentov je minimalizovaný poskytnutím diferenciálneho vstupného zosilňovača na čipe, hodinového generátora a blokovanej trojstavovej zbernice rozhrania. Medzi minimálne požadované externé komponenty patrí lacný kryštál farebnej sekvencie 3,579545 MHz, časovací odpor a časovací kondenzátor. M-8870-02 ponúka možnosť „vypnutia“, ktorá keď je zapnutá, zníži spotrebu na menej ako 0,5 mW. M-8870-02 môže tiež inhibovať dekódovanie číslic štvrtého stĺpca.

Vlastnosti M8870:

• Kompletný DTMF prijímač
• Nízka spotreba energie (35 mw)
• Interný zosilňovač nastavenia zisku
• Nastaviteľné časy snímania a uvoľňovania
• Kvalita centrálnej kancelárie
• Režim vypnutia (5 mw)
• Jeden 5 voltový napájací zdroj
• Potlačenie tónu vytáčania
• Inhibit mode

Technika DTMF zobrazuje v telefóne zreteľnú reprezentáciu 16 bežných alfanumerických znakov (0-9, A-D, *, #). Najnižšia použitá frekvencia je 697 Hz a najvyššia použitá frekvencia je 1633 Hz. Klávesnica DTMF je usporiadaná tak, že každý riadok bude mať svoju vlastnú jedinečnú frekvenciu tónov a tiež každý stĺpec bude mať svoju vlastnú jedinečnú frekvenciu tónov. Vyššie je znázornená typická klávesnica DTMF a súvisiace frekvencie riadkov/stĺpcov. Stlačením klávesu, napríklad, 5, sa vygeneruje dvojitý tón pozostávajúci zo 770 Hz pre nízku skupinu a 1336 Hz pre vysokú skupinu.

Krok 3: MIKROKontrolér 89C51

Mikrokontrolér, ktorý tu používame, je AT89C51. AT89C51 je nízkoenergetický, vysokovýkonný 8-bitový mikropočítač CMOS s 8 kB bajtov programovateľnej a vymazateľnej pamäte Flash (PEROM). Zariadenie je vyrobené pomocou energeticky nezávislej energetickej technológie Atmel s vysokou hustotou a je kompatibilné so štandardnou inštrukčnou sadou 80C51 a 80C52 a vývodmi. Je to riadiaca jednotka, ktorú je možné naprogramovať podľa požiadaviek. V tomto projekte akceptuje prijatie binárneho kódu zodpovedajúceho detekovanému tónu a binárny kód na pohon motorov bude odoslaný do IC vodiča.

Vlastnosti:

• Výrobok spoločnosti ATMEL
• Podobne ako 8051
• 8-bitový mikrokontrolér
• Používa pamäť EPROM alebo FLASH
• Viacnásobne programovateľné (MTP)

ATMEL89C51 má celkom 40 pinov, ktoré sú určené pre rôzne funkcie, ako sú I/O, RD, WR, adresa a prerušenia. Zo 40 pinov je celkom 32 pinov vyčlenených pre štyri porty P0, P1, P2 a P3, kde každý port má 8 pinov. Ostatné piny sú označené ako Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA a PSEN. Všetky tieto kolíky okrem PSEN a ALE používajú všetci členovia rodín 8051 a 8031.

Krok 4: MOTOROVÝ VODIČ L293D

Oba motory sú poháňané pomocou integrovaného ovládača motora L293D. L293D je štvornásobný polovičný obojsmerný motorový ovládač vodiča H-mostíka, ktorý dokáže napájať prúdom až 600mA s rozsahom napätia 4,5 až 36 voltov. Je vhodný na pohon malých jednosmerných motorov, bipolárneho krokového motora atď.

Vlastnosti L293D:

• Výstupný prúd 600mA na kanál
• Špičkový výstupný prúd 1,2 A (neopakujúci sa) na kanál
• Zapnite ochranu zariadenia pred prehriatím
• Logické „0“vstupné napätie až 1,5 v (vysoká hlučnosť)
• Vnútorné upínacie diódy

L293D sú štvornásobné vysokoprúdové polovodičové pohony. L293D je navrhnutý tak, aby poskytoval obojsmerný budiaci prúd až do 600 mA pri napätí od 4,5 V do 36 V. Oba pohony sú navrhnuté tak, aby poháňali indukčné zaťaženie, ako je relé, solenoid, jednosmerný a bipolárny krokový motor, ako aj vysoký prúd/ vysoké napätie v aplikáciách s pozitívnym napájaním. L293D pozostáva zo štyroch vstupov so zosilňovačmi a obvodov ochrany výstupu. Pohony sú povolené v pároch, pričom jednotky 1 a 2 sú povolené o 1, 2 EN a jednotky 3 a 4 sú povolené o 3, 4 EN. Keď je aktivačný vstup vysoký, príslušný ovládač sa aktivuje a ich výstupy sú aktívne a vo fáze so svojimi vstupmi.

Krok 5: Jednotka napájania

Nízkonapäťové DC batérie sa dodávajú s príslušným menovitým napätím 5 V- 9 V a prúdom max. 1000mA. Na získanie regulovaného jednosmerného napätia boli použité regulátory napätia. Integrované obvody regulátora napätia sú k dispozícii s pevným (typicky 5, 12 a 15 V) alebo premenlivým výstupným napätím. Sú tiež hodnotené maximálnym prúdom, ktorý môžu prejsť. K dispozícii sú regulátory záporného napätia, hlavne na použitie v duálnom napájaní. Väčšina regulátorov obsahuje automatickú ochranu proti nadmernému prúdu („ochrana proti preťaženiu“) a prehriatiu („tepelná ochrana“). Mnoho integrovaných obvodov regulátora pevného napätia má 3 zvody a vyzerá ako výkonové tranzistory, napríklad regulátor 7805 (+5V, 1A) zobrazený vpravo. Obsahujú otvor na pripevnenie chladiča v prípade potreby.

Krok 6: Programovanie

Na vývoj programu pre 89C51 bol použitý softvér Keil uVision a Orcad Capture / Layout bol použitý na návrh a výrobu našich plošných spojov na mieru.

Všetky typy radu MT8870 používajú techniky digitálneho počítania na detekciu a dekódovanie všetkých 16 dvojíc tónov DTMF do 4-bitového kódového výstupu. Vstavaný obvod odmietania oznamovacieho tónu eliminuje potrebu predbežného filtrovania, keď je

vstupný signál bol daný na pine 2 (IN-) v konfigurácii vstupu na jednom konci sa považuje za efektívnu, správny 4-bitový dekódovací signál tónu DTMF sa prenáša cez výstup Q1 (pin11) cez Q4 (pin 14) na vstupné piny P1.0 (pin 1) až P1.3 (pin 4) portu 1 integrovaného obvodu 89C51. AT89C51 je riadiaca jednotka. V tomto projekte akceptuje prijatie binárneho kódu zodpovedajúceho detekovanému tónu a binárny kód na pohon motorov bude odoslaný do IC vodiča. Výstup z portových pinov P2.0 až P2.3 mikrokontroléra je privádzaný na vstup IN1 až IN4 budiča motora L293D, v uvedenom poradí, na pohon dvoch prevodových jednosmerných motorov. Používa sa tiež spínač manuálneho resetovania. Výstup mikrokontroléra nepostačuje na pohon jednosmerných motorov, takže na otáčanie motora sú potrebné prúdové budiče. L293D pozostáva zo štyroch ovládačov. Pin IN1 až IN4 a out1 v celom 4 sú vstupné a výstupné piny ovládača 1 až vodiča 4.

Krok 7: Program

ORG 000H

ŠTART:

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

KONIEC

Krok 8: FABRIKÁCIA DPS

Výroba DPS bola dokončená v 4 krokoch:

1. Navrhovanie rozloženia komponentov

2. Navrhovanie rozloženia DPS

3. Vŕtanie

4. Leptanie DPS

Komponenty DPS boli nastavené pomocou softvéru Orcad Capture a boli importované do Orcad Layout na návrh prepojení. Rozloženie bolo potom zrkadlené pre tlač na vyčistenú medenú dosku. Po tlači (tlačou na práškové farbivo sme vytlačili rozloženie na biely papier a železnou škatuľou sme zahrievali a prenášali dojem na povrch medenej dosky. Extra meď sa vyleptala pomocou roztoku chloridu železitého a malé množstvo kyseliny chlorovodíkovej bolo použité ako katalyzátor. Potom, čo bola doska poriadne vyleptaná, boli otvory vyvŕtané pomocou ručného vŕtačky do DPS. Komponenty boli zakúpené a opatrne naletované na dosku. Pokiaľ ide o integrované obvody, najskôr sa spájkovali dištančné podložky. na ktoré boli umiestnené IC.

Krok 9: Testovanie

Aby robot fungoval podľa očakávania, povolili sme automatické odpovedanie na mobilnom telefóne NokiaC1-02, ktorý sme v robote použili ako prijímač. Takže kedykoľvek niekto zavolá na toto číslo, mobilný telefón automaticky odpovie. Keď volajúci stlačí tónový spínač, slúchadlo slúchadla ho prijme a odošle do dekodéra DTMF prostredníctvom zvukového výstupu. Dekodér dekóduje stlačený kláves a upozorní na mikrokontrolér 89C51. Mikrokontrolér potom vydáva robotovi prostredníctvom ovládačov motora vhodné riadiace príkazy.

Krok 10: Referencie

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