PF založený na PIC a vyhýbajúci sa robot: 16 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Úvod

V tomto návode sa naučíte robiť robota sledujúceho a vyhýbajúceho sa svetlu. Mojou inšpiráciou sú roboti napodobňujúci bežné ľudské správanie, napríklad len tak bez dôvodu nevkročíte do steny. Váš mozog komunikuje s vašimi svalmi/ orgánmi a okamžite vás zastaví. Váš mozog funguje veľmi podobne ako základný mikrokontrolér, ktorý prijíma vstupy a spracováva ich na výstupy, v tomto prípade sa váš mozog spolieha na informácie. Zároveň je prijateľné chodiť do steny, keď je človek slepý. Váš mozog neprijíma žiadne vstupy z vašich očí a nevidí na stenu. Tento robot bude na konci nielen úplnou stavbou, ale aj skvelým zážitkom z učenia o základných elektronických súčiastkach, kutilstve a dizajnérskych schopnostiach, aby ste niečo vytvorili, a viem, že vás to bude baviť. Viem, že existuje oveľa viac jednoduchších a konvenčnejších metód, pri ktorých nemusíte stavať obvody sami a používať základné moduly na dosiahnutie rovnakého výsledku, ale vybral som si odlišnejší prístup, okrem toho, ak ste DIY oriešok ako ja a hľadáte dozvedieť sa niečo nové, toto je perfektný projekt pre vás! Tento robot bude nasledovať svetlo a keď sa tykadlo dotkne steny, obráti sa a otočí, takže to sú základné funkcie tohto robota. Dúfam, že sa vám projekt páči!

Krok 1: Zoznam materiálov

Elektronika

Rezistory

· 10K odpor, ¼ watt (x20)

· 2,2K odpor, ¼ watt (x10)

· 4,7 kB VR (x2)

· 10K VR (x2)

· 1K odpor, ¼ watt (x10)

· 220 ohmový odpor, ¼ watt (x4)

· 22K odpor ¼ watt (x10)

Kondenzátory

· 10 pf keramika (x5)

· 2200uf elektrolytických, 25V (x2)

· 10nf keramika (x4)

Polovodiče

· Výkonový tranzistor BD 139 NPN (x4)

· Výkonový tranzistor BD 140 PNP (x4)

· BC 327 PNP tranzistor (x4)

· Regulátory napätia LM350 (x2)

· 741 operačných zosilňovačov (x2)

· 4011 Quad NAND (x2)

· Mikrokontrolér PIC16F628A (x1)

· LED 5 mm (podľa vlastného výberu farby) (x3)

Hardvér

· Listy preglejkovej dosky

· Rozperná matica 5 mm x 60 mm (x4)

· Skrutka 5 mm x 20 mm (x8)

· Prevodové motory 12V 500mA (x2)

· 60 mm penové kolieska (x2)

· Konektory ženského vresu (prepojky) (x50)

· 12V, 7,2 Ah akumulátorová batéria (možno použiť aj menšiu batériu, ale uistite sa, že je 12 V).

· 2 mm drôt (10 m)

· Kolíky konektora vresu (prepojka) (x50)

· 3 mm zmršťovacia trubica (2 m)

Krok 2: Budovanie obvodov

Budovanie obvodov je celkom jednoduché, je to skvelá učebná skúsenosť pre tých, ktorí to nikdy predtým nerobili, a dobrá prax pre tých, ktorí to urobili. Vždy môžete skúsiť inú metódu, ale ja dávam prednosť použitiu Veroboardu, pretože je to jednoduchšie s cestami, ktoré prechádzajú spájkovaním. Odporúčam pred stavbou skutočného obvodu vytvoriť model na doske a navrhnúť rozloženie Veroboard pre váš obvod na papieri, teraz to znie ako veľa práce, ale pri budovaní obvodov sa to oplatí (najmä pre referenčné body)).

Budovanie H-mostov

H-Bridge je obvod, ktorý je zodpovedný za pohon vašich motorov a ktorý prijíma signál z mikroovládača a buď zastavuje alebo reverzuje motory (jedná sa o upravený H-Bridge s 4011, ktorý funguje ako ochranný obvod a pridáva ďalšie kontrolné funkcie). Nasledujú obrázky schémy zapojenia, rozloženia dosky Vera a konečného obvodu (Nezabudnite postaviť 2 mostíky H, jeden pre každý motor).

Krok 3: Budovanie obvodov LDR

Obvody LDR pôsobia ako oči pre robota, ktorý sníma prítomnosť svetla a vysiela napäťový signál do mikroovládača PIC, aby som zosilnil napäťový signál pre PIC. Použil som operačný zosilňovač 741. Nezabudnite postaviť 2 obvody, jeden pre každé oko robota.

Krok 4: Budovanie podporného obvodu PIC

Toto je obvod, ktorý je mozgom robota.

Krok 5: Budovanie obvodov regulujúcich napätie

Hlavné napájacie napätie prichádzajúce do robota bude 12 V, to znamená, že na obvodoch H-Bridge musí byť regulátor napätia, pretože pracujú na 9 V a na obvodoch PIC a LDR, ktoré pracujú na 5 V. Napätie musí byť tiež stabilné, aby sa nepoškodili súčiastky. Tieto obvody budú napätie regulovať, nezabudnite postaviť 2 obvody. (Všetky obrázky sú nižšie). Potom, čo dokončíte obvody, nastavte ich na správne napätie otáčaním VR a meraním pomocou multimetra. Nezabudnite, že obvody LDR a PIC potrebujú +5V. A H-Bridges potrebujú +9V.

Krok 6: Pridanie pinov do obvodu

Teraz, keď ste vytvorili svoje obvody, je čas spájkovať na kolíkoch záhlavia. Ďalšou metódou je spájkovanie drôtu priamo na dosku, ale zistil som, že prerušenie drôtu je vtedy bežnejšie. Ak chcete zistiť, kde spájkovať piny, pozrite sa na rozloženie Veroboard každého obvodu, v klávesoch pod dizajnom obvodu nájdete symboly pre kolíky záhlavia a potom sa pozrite na svoj návrh obvodu, spočítajte otvory na doske a postupujte podľa rozloženie a potom už len spájkovať čap. (Symbol, ktorý musíte hľadať, bude uvedený na obrázku). Nezabudnite vybrať správne rozloženie pre správny obvod.

Krok 7: Prelomenie stôp spoločnosti Veroboard

Vaše obvody sú takmer hotové; najdôležitejšia vec, ktorú teraz musíte urobiť, je prelomiť stopy na Veroboarde. Opäť postupujte podľa rovnakého princípu pomocou klávesov na každom okruhu, aby ste určili, kde rozbiť stopy, uistite sa, že stopy prerazíte úplne, použil som remeselný (hobby) nôž. (Bude poskytnutý obrázok kľúča a príklad prerušenia stopy).

Krok 8: Kódovanie PIC

Teraz, keď ste dokončili svoje obvody, môžete začať vykonávať hlavnú časť robota, kódovanie PIC, kódovanie PIC je jednoduché, kód bol napísaný v MPLab X, zdrojový kód a súbor firmvéru (.hex) sú k dispozícii v zipsový balíček. Na flashovanie firmvéru do radiča PIC môžete použiť akýkoľvek dostupný programátor.

Krok 9: Vloženie mikročipov

Teraz, keď ste dokončili väčšinu svojej práce s obvodmi, je čas na poslednú vec, vloženie mikročipov. Je to pomerne jednoduchá úloha, ale stále je to ošemetné, väčšina vašich mikročipov sa dodáva v podivných špongiách, keď ich kúpite v obchode. Možno sa čudujete, prečo, ale čipy sú citlivé na statickú elektrinu, čo znamená, že sa ich nemôžete dotknúť rukami, pokiaľ majú na sebe statický pás. To zahŕňa 4011 a PIC, takže buďte opatrní a nedotýkajte sa kolíkov týchto mikročipov, inak ich poškodíte. (Uistite sa, že vkladáte čip na správnu stranu, poskytne sa príklad).

Krok 10: Testovanie obvodov

Vaše obvody sú teraz úplné; je čas ich otestovať! Na testovanie vašich obvodov budete potrebovať multimetr (multimetr je zariadenie, ktoré meria rozdiely v napätí, prúde a odporu), našťastie moderný multimeter má niekoľko ďalších funkcií. Najprv musíte vykonať základnú vizuálnu kontrolu obvodu a skontrolovať, či nie sú prasknuté, prerušené alebo odpojené. Potom, čo vás to poteší, je dôležité skontrolovať napríklad všetky polarity v obvode: vaše tranzistory by mali byť v správnom smere a vaše mikročipy by mali byť vložené správne. Potom je čas skontrolovať spodnú stranu dosky plošných spojov, vizuálne skontrolovať prípadné skraty medzi koľajami a potom sa len uistiť, že vezmete remeselný nôž a pre istotu ho jednoducho nakrájate medzi kovové pásy dosky. Poslednou vecou, na ktorú by ste si mali dať pozor, sú vaše prestávky. Vykonajte vizuálnu kontrolu každej prestávky vo svojom okruhu, aby ste sa presvedčili, že je trať úplne prerušená. Aby ste to správne skontrolovali, musíte upraviť nastavenie multimetrov na kontinuitu (obrázok bude poskytnutý nižšie) a zapojiť jeden zvod na jednu stranu Brockenovej dráhy a druhý vývod na druhú stranu, ak vám multimetr zapípa, prestávka je chybná a musíte to urobiť znova. Odporúčame testovať každý okruh jednotlivo, aby ste sa nenechali zmiasť. (Pred ďalším krokom opravte všetky svoje chyby). Nezabudnite spustiť obvody so správnou reguláciou napätia:

· H-mosty: 9V

· LDR + PIC: 5V

Krok 11: Zostavenie tela robota

Teraz, keď je vaša obvodová práca hotová, je čas urobiť si kutilstvo, teraz budeme montovať hornú časť robota. Horná časť v zásade pozostáva zo všetkých obvodov a senzorov. Najprv musíte do preglejkovej dosky vyvŕtať diery pre dištančné matice a skrutky, v každom rohu vyvŕtajte jeden centimeter zo strany (nie je vôbec dôležité, kde sa rozhodnete diery vyvŕtať, pokiaľ je vaša konštrukcia stabilná a zodpovedá do otvorov vyvŕtaných na spodnej doske). Teraz je potrebné vykonať ďalšie vŕtanie ….. Ak sa rozhodnete namontovať dosku na dištančné matice, musíte k nim vyvŕtať motyky (pozrite si priemer matice a podľa toho zvoľte vrták), musíte tiež vyvŕtať otvory do zapojte obvod, dávajte pozor, aby ste nepoškodili dosku a podľa rozmiestnenia dosky s plošnými spojmi vyberte, kde majú byť otvory (aby nedošlo k poškodeniu koľají). Ďalšou jednoduchšou metódou je prilepiť dosky na preglejku (pri tom sa snažte dodržať moje rozloženie, H-Bridges namontované vzadu atď.)

Krok 12: Zostavenie tela robota (časť 2)

Teraz, keď ste zostavili hornú časť, je čas zostaviť spodnú časť. V spodnej časti sú uložené všetky regulátory napätia, hnacie motory a kondenzátory. Vaším prvým krokom bude montáž motorov na preglejkovú dosku. Preferujem dva základné spôsoby montáže motorov, buď ich namontujete do stredu preglejkového panelu alebo na jednu stranu podľa vlastného výberu. Ak sa rozhodnete namontovať motory na bok, nezabudnite na kúpu predného zotrvačníka, ktorý robotovi pomôže vyvážiť a správne manévrovať. Pred správnou montážou motorov urobte niekoľko základných meraní a kontrol. Odporúčam namontovať motor pomocou káblových zipsov, ktoré sú lacné a ľahko sa dokončujú, najskôr zalepte motor za tepla podľa požadovaných mier a potom na dvoch stranách vyvŕtajte dva otvory. motor v preglejke a držte ho iba pomocou pútka na zips (nezabudnite poriadne zapnúť zips). Nasadenie regulátorov a kondenzátorov bude jednoduché (improvizujte s priestorom, ktorý máte na preglejke) a namontujte ich pomocou metódy dištančnej matice alebo horúceho lepidla (kondenzátory odporúčam lepiť). Nakoniec vyvŕtajte otvory na pripevnenie hornej dosky (použite rovnaké miery ako na vrchnú časť), odporúčam vyvŕtať menšie otvory a zatlačiť na seba rozperné matice.

Krok 13: Zapojenie

Teraz, keď ste spájkovali, skontrolovali a namontovali svoje obvody, je čas prepojiť celú vec. Základom zapojenia je, že všetky obvody budú nakoniec zapojené do PIC, ktorý bude spracovávať a odosielať informácie. Nezabudnite, že vaše zapojenie je veľmi dôležité a musíte sa uistiť, že je všetko v poriadku. Ok, teraz k tomu, ako zapojiť drôt, teraz chápete, prečo som sa rozhodol pre metódu vresového pinu, pretože to uľahčuje. Ak máte prepojovací kábel, môžete dosky rýchlo spojiť dohromady, ak nie, môžete jednoducho spájkovať normálny vodič na vresovom kolíku (prepojky sú lepšie, pretože ak ste si pomýlili kolíky, nemusíte ich znova spájkovať). Schéma zapojenia bude poskytnutá na obrázku.

Krok 14: Pripojenie a pripojenie tykadiel

Váš robot použije dve tykadlá na snímanie steny pred sebou. Pripojenie tykadiel je pomerne jednoduché, v zásade ide o dva mikrospínače, ktoré pôsobia ako ľavé a pravé tykadlo. Horúce ich prilepte na prednú stranu druhej dosky. Schéma zapojenia zapojení bude uvedená nižšie. (Nezabudnite zistiť kolíky mikrospínačov, napr. COM).

Krok 15: Testovanie robota

Dobre, toto je vzrušujúci moment, na ktorý ste čakali, aby ste konečne prvýkrát spustili svoju robotu !! Nebojte sa teraz, toto nikdy nefunguje prvýkrát, ak áno, STE JEDNOM ŠŤASTNÝM STAVEBNÍKOM !! Teraz nebuďte sklamaní, ak to nefunguje, nebojte sa, že to určite čoskoro bude. Nasleduje zoznam všetkých možných problémov, s ktorými sa môžete stretnúť, a spôsob ich riešenia.

· Celá vec nič nerobí. Skontrolujte napájacie obvody a pripojenia k napájacím kolíkom dosky a skontrolujte aj problémy s polaritou.

· Motory sa otáčajú v opačných smeroch. Vymeňte polaritu jedného motora, malo by to viesť k opačnému pootočeniu, môže ísť aj o problém s programovaním.

· Niečo začne fajčiť alebo máte pocit, že je niečo skutočne horúce. SKRAT!! Ihneď vypnite, aby ste predišli poškodeniu. Skontrolujte všetky možné obvody vrátane káblových pripojení.

· Motory sa otáčajú skutočne pomaly. Zvýšte prúd do robota. Alebo možný nedostatok mostíka H.

· Robot nesníma svetlo správne. Upravte VR na obvodoch LDR, môže ísť o problém s programovaním.

· Robot sa správa neobvykle a robí divné veci. Programovanie! Dvakrát skontrolujte programovací kód.

· Robot nesníma stenu. Skontrolujte pripojenia na mikrospínačoch.

Toto sú problémy, ktoré sa vyskytli s mojím robotom. Ak máte neobvyklý problém, neváhajte zmeniť alebo upraviť moje návrhy k lepšiemu, pamätajte, že sa všetci učíme a nič také dokonalé neexistuje.

Krok 16: Skúška a chyba

Ak váš robot po mnohých hodinách skúšania, testovania a testovania stále nefunguje, nehádžte ho o stenu ani ho neroztrhajte a stratte nádej. Skúste sa prejsť von, len sa nadýchať čerstvého vzduchu, alebo sa na ňom len vyspať, zažil som veľa podobných chvíľ a viete prečo? Elektronika je jeden ťažký koníček, jedna súčasť zlyhá- všetko zlyhá. Počas testovania ho nezabudnite rozdeliť na časti a vždy majte otvorenú myseľ na dizajn a rozloženie. Buďte slobodní a kreatívni a nikdy sa nevzdávajte !!! Ak sa vám môj projekt páči, dajte mi prosím hlas v súťaži Make it Move, dúfame, že sa vám bude páčiť!